Formaty plików graficznych

Stworzony obraz, czy to w grafice wektorowej czy to w rastrowej, można i należy zapisać w

pliku. Istnieje wiele różnych formatów plików, które mogą być wykorzystane do tego celu.

Część z nich dedykowana jest do grafiki rastrowej, część do wektorowej, ale są i takie, ktróre

umożliwiają zapis informacji pochodzących z obu tych typów. Wybór formatu pliku

determinuje sposób jego zapisu, co bezpośrednio przekłada się na jakość zapisanego obrazu

oraz na rozmiar powstałego pliku.

Przy wyborze formatu pliku, w którym ma zapisana będzie grafika należy przede wszystkim

zastanowić się w jakim celu taki plik jest tworzony i jak ma być później wykorzystywany.

Przykładowo; gdy w pewnym programie graficznym zostanie stworzony obraz, to najlepiej

zapisać go w natywnym (dedykowanym dla tego programu) formacie plików, ponieważ

zapisana będzie wtedy pełna informacja o tym obrazie. Praktycznie każdy bardziej

profesjonalny program do tworzenia grafiki rastrowej czy wektorowej ma swój własny format

plików. Inaczej natomiast należy postąpić gdy przygotowujemy obraz do wydruku, a inaczej

gdy chcemy go na przykład umieścić na stronie www, itp.

Nie istnieje jeden uniwersalny i odpowiedni dla wszystkich zastosowań format plików graficznych. Należy więc wybierać odpowiedni format plików dla konkretnego zastosowania. W celu zachowania pełnej informacji o obrazie najlepiej zachować go we własnym (natywnym) formacie narzędzia, w którym został on utworzony.

Nie sposób opisać wszystkie dostępne formaty plików graficznych, ponieważ jest ich zbyt

wiele. Istotna jest jednak znajomość najczęściej z nich stosowanych, różnice między nimi

oraz ich typowe zastosowanie.

BMP (Bitmap file)

Pierwotnie został zastosowany w systemie OS/2 jednak swą ogromną popularność zawdzięcza

powszechnemu stosowaniu go w systemach Microsoft Windows do przechwywania plików

grafiki rastrowej. Używany jest między innymi do: zapisu tapety pulpitu, przechowywania

obrazów utworzonych w programie Paint, itp. Wbrew swej nazwie służy nie tylko do

przechowywania map bitowych (czyli czarno - białych), ale i do barwnych map pikseli o

różnej głębi kolorów. Najczęściej dane opisujące raster przechwywane w tym formacie są

nieskompresowane przez co obrazy nie tracą na jakości, aczkolwiek mają duży rozmiar.

Dla zaawansowanych! BMP to bardzo prosty format, ponieważ na początku takiego pliku znajduje się specjalny nagłówek zawierający informacje o rozmiarze obrazu, głębi kolorów itp, a później po prostu kolejne wartości liczbowe opisujące barwy pikseli. Głębia koloru pojedynczego piksela to liczba barw opisujących ten piksel, która przekłada się wprost na liczbę bitów opisujących go. Przykładowo gdy jeden piksel reprezentowany jest przez pełną paletę RGB, to każda z barw zapisana jest w pojedynczym bajcie. Daje to 3 * 8 = 24 bity na zapis koloru pojedynczego piksela, co z kolei przekłada się na 2

24=16777216 barw. W tym formacie piksele mogą być reprezentowane

przez 1, 4, 8, 16, 24, lub 32 bity. Format BMP zawiera w sobie również możliwość zapisu danych o pikselach z bezstratną kompresją RLE co jednak jest rzadko wykorzystywane.

Zalety:

prosty i wolny od patentów format zapisu - łatwy w odczycie,

nie ma utraty jakości obrazu - brak kompresji lub kompresja bezstratna,

nadaje się głównie do przechowywania zrzutów ekranu, tapet, obrazów ze skanowania

(głównie w systemach Microsoft Windows), itp.

Wady:

popularny głównie w systemach Microsoft Windows a szczególnie w narzędziu Paint -

w innych zdecydowanie rzadzej wykorzystywany,

z reguły nie skompresowany - duży rozmiar pliku przez co nie nadaje się do

przechowywania obrazów publikowanych w Internecie (przykładowo zrzut ekranu w

typowej 1024x768 rozdzielczości i 24-ro bitowej gamie barw zajmuje ok. 2,3MB).

TIFF (Tagged Image File Format)

Jeden z najpopularniejszych i najbardziej rozpowszechnionych formatów przechowywania

obrazów grafiki rastrowej (aczkolwiek możliwe jest w nim również osadzanie elementów

grafiki wektorowej). Opracowany został w 1986 r. przez firmę Aldus, która jest twórcą

przełomowego w grafice DTP programu PageMaker. Firma ta została wykupiona przez

Adobe i dzisiaj ona ma prawa do formatu TIFF.

Historycznie format ten używany był do zapisu obrazu ze skanerów umożliwiając ich

wielostronicowy zapis, jednak poddany został wielu zmianom i dzisiaj jest jednym z

najbardziej rozbudowanych formatów graficznych o czym może świadczyć pełna jego

specyfikacja dostępna na stronie firmy Adobe.

Dla zaawansowanych! Cechą charakterystyczną jego budowy jest użycie czyli odpowiednich znaczników opisujących dane parametry (trochę podobnie jak w języku HTML). Z tego też powodu format ten ciągle się rozwija i umożliwia osadzanie w nim innych obiektów takich jak elementy grafiki wektorowej, tekstu czy wręcz obrazów w formacie JPEG. Umożliwia przechowanie pełnej (32-bitowej) informacji o kolorze piksela dla palety CMYK jak również zastosowanie bezstratnej kompresji LZW (Lempel-Ziv-Welch).

Zalety:

szeroko stosowany w wielu narzędziach i systemach operacyjnych,

głównie używany do zapisu obrazów przeznaczonych do wydruku (w palecie CMYK),

nadaje się do archiwizacji obrazów grafiki rastrowej dzięki bezstratnej kompresji LZW

(przykładowo nieskompresowany zrzut ekranu w formacie TIFF zajmuje, tak jak i

BMP ok. 2,3MB, a skompresowany nawet i dziesięciokrotnie mniej).

Wady:

duże możliwości rozbudowy tego formatu powodują, że czasem dany program nie

potrafi poprawnie odczytać pewnych wersji tego formatu,

nie nadaje się do umieszczania grafiki w Internecie - przeglądarki raczej nie mają

wbudowanych mechanizmów jego odczytu.

GIF (Graphics Interchange Format)

Format ten został opracowany w 1986 r. przez firmę CompuServe. Ze względu na roszczenia

firm CompuServe i Unisys do praw do kompresji LZW w 1995 r. został opracowany format

PNG będący bezpośrednim następcą formatu GIF. Jendak rok temu wygasły wszelakie

roszczenia patentowe i format ten może być i jest używany w wielu programach.

Idea zapisu obrazu w formacie GIF jest bardzo prosta. Każdy piksel rastra obrazu

reprezentowany jest przez jeden z 256 kolorów palety. Paleta ta może być utworzona z

dowolnych kolorów. Innymi słowy gdy mamy do czynienia z obrazem zawierającym małą

liczbę różnych barw, to wybrane (najczęściej automatycznie przez program) zostają te barwy,

które najwierniej będą go przedstawiać. Format ten posiada wbudowaną bezstratną kompresję

co pozwala znacznie zmniejszyć rozmiary tworzonych plików. Daje również możliwość

uzyskania efektu przezroczystości oraz stworzenia animowanego obrazu, co bardzo często

jest wykorzystywane.

Dla zaawansowanych! Efekt przezroczystości osiągany jest poprzez wybranie jednego (dowolnego) koloru z 256 barwnej palety i "uznanie" go za przezroczysty. Następnie podczas rysowania pikseli w tym kolorze zamiast nich rysowane jest po prostu to co jest pod nimi. Zastosowana w nim bezstratna kompresja to LZW.

Zalety:

doskonale nadaje się do zapisu obrazów posiadających małą liczbę kolorów takich jak

przykładowo: loga, ikony, schematy, proste obrazki, itp.,

może być wykorzystywany również do zapisu barwnych obrazów posiadających małą

różnorodność barw, a szczególnie duże obszary o jednolitym kolorze, gdyż to się

będzie bardzo dobrze kompresować,

umożliwia osiągnięcie efektu przezroczystości,

daje możliwość tworzenia animowanych obrazków,

powyższe cechy czynią go jednym z najpopularniejszych formatów używanych do

umieszczania grafiki na stronach www.

Wady:

mała (256) liczba kolorów w palecie, co uniemożliwia wierne przedstawienie obrazów

o większej różnorodności barwnej takich jak zdjęcia.

PNG (Portable Network Graphics)

Opracowany w 1995 r. jako następca popularnego formatu GIF. Można przyjąć, że jest

poszerzeniem swego poprzednika. Mianowicie paleta barw już nie musi być ograniczona do

256, ale może być zapisana nawet na 24 bitach co daje ponad 16 mln barw i pozwala na

wierne odtwarzanie każdej grafiki. Do tego potrafi obsługiwać stopniową przezroczystość.

Wykorzystany jest w nim algorytm o nazwie Adam-7, który umożliwia wyświetlanie obrazu

w poprawiającej się stoponiowo jakości w czasie pobierania danych. Ma to szczególnie

zastosowanie podczas wyświetlania obrazów na stronach internetowych.

Dla zaawansowanych! Format PNG umożliwia (decyzję podejmuje twórca) zastosowanie algorytmu Adam-7 dzięki czemu podczas wyświetlania obrazu pojawia się on od razu w całości z poprawiającą się stopniowo jakością. Mianowicie dekompresja obrazu, którą wykonuje np. przeglądarka, realizowana jest z tych danych, które już zostały do niej przesłane. Innymi słowy wraz z kolejno dosyłanymi danymi poprawia się jakość wyświetlanego obrazu. Jest on bardzo często używany do tworzenia obrazów, które będą publikowane na stronach www.

Zalety:

możliwa do użycia duża paleta barw daje możliwość zapiasania każdego obrazu,

zastosowanie bezstratnej kompresji pozwala na przechowywanie grafiki bez utraty

jakości w plikach o zmniejszonych rozmiarach - archiwizacja zdjęć,

ze względu na powyższe i wbudowane mechanizmy wyświetlania tego typu plików

we wszystkie popularne przeglądarki internetowe jest on zalecany przez konsorcium

W3C do jako najlepszy format dla grafiki rastrowej na stronach www.

Wady:

dla obrazów, które dobrze kompresują się bez zauważalnej straty jakości format JPEG

może być odpowiedniejszy, ponieważ rozmiar pliku w tym formacie będzie mniejszy

niż zapisany w PNG.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

Prace nad tym formatem rozpoczęto w roku 1983, a w 1986 r. powołano grupę ekspertów,

którzy w 1991 r. opublikowali standard formatu JPEG. Definiował on podstawy kompresji

stratnej (powoduje ona bezpowrotne pogorszenie jakości obrazu) zastosowanej w tym

formacie, oraz pewne rozszerzenia formatu; jak przykładowo tryb progresywnej kompresji.

Tryb ten daje efekt wyostrzających się zdjęć, co stosuje się przy wyświetlaniu zdjęć na

stronach www. W 1995 r. ogłoszono trzecią wersję standardu zawierającą kolejne

rozszerzenia. Między innymi możliwość podziału obrazu na prostokątne kawałki, które to

mogą mieć różne rozmiary, rozdzielczości, współczynniki kompresji, itp. Ze względu jednak

na różne wersje używanych algorytmów kompresji i brak ich ujednolicenia trwały prace nad

uściśleniem standardu i w 2000 r. został ogłoszony nowy zwany JPEG 2000.

Zastosowanie w formacie JPEG algorytm kompresji stratnej powoduje, że jest ona bardzo

dobra dla płynnych przejść barw, w przeciwieństwie do wiernego oddania szczegółów gdzie

mamy do czynienia ze znaczną utratą jakości. Format ten umożliwia wybranie odpowiedniego

stopnia kompresji. Z reguły programy graficzne umożliwiają podgląd zapisywanego obrazu

przed jego zapisaniem, co pozwala na optymalne dobranie współczynnika kompresji dla

danego obrazu. Najczęściej zastosowanie kompresji ta pozwala na kilkunastokrotne

zmniejszenie rozmiaru pliku bez zbytnio zauważalnej utraty jakości.

Dla zaawansowanych! Podczas zapisu obrazu w formacie JPEG następuje zamiana 24 bitowego koloru (paleta RGB) poszczególnych pikseli na jasność (chrominancję) i względny kolor (luminancję), gdyż na to bardziej jest wyczulone oko ludzkie (z tego faktu również korzysta się przy przesyłaniu sygnału wideo). Następnie dane te poddane są stratnej kompresji. Jest ona oparta na dyskretnej transformacie kosinusowej (DCT - Discrete Cosine Transform) , natomiast w nowszysm formacie JPEG 2000 została zastosowana dyskretna transformacja falkowa (DWT - Discrete Wavelet Transform). Obie te metody są jednak zbyt skomplikowane matematycznie by je tu wyjaśniać.

Zalety:

bardzo dobrze nadaje się do zapisu obrazów o płynnych przejściach barwnych, a więc

takich jak obrazy czy większość zdjęć,

możliwość wyboru stopnia kompresji, co pozwala na odpowiedni dobór tego

parametru dla danego obrazu,

podział obrazu na kawałki pozwala na dobór odpowiednich parametrów dla danego

fragment,

możliwość wyświetlania wyostrzającego się obrazu oraz powyższe zalety czynią

format JPEG najpopularniejszym do umieszczania zdjęć na stronach www,

jest to również najpopularniejszy format przechowywania zdjęć na pamięciach

aparatów cyfrowych.

Wady:

użyte algorytmy kompresji nie radzą sobie ze szczegółami,

nie nadaje się do zapisu obrazów takich jak loga, ikony itp, gdzie mamy ostre linie na

jednolitym tle - w takich przypadkach lepiej zasosować format PNG lub GIF - szybszy

(brak kompresji) i wiernie oddający obraz (kompresja bezstratna).

SVG (Scalable Vector Graphics)

Uniwersalny format grafiki wektorowej stworzony w 1999 r przez konsorcjum W3C

specjalnie na potrzeby publikowania obrazów na stronach www. Umożliwia on zapis

dwuwymiarowej grafiki wektorowej zarówno statycznej jak i animowanej. Ma on być

niezależny od platformy, systemu operacyjnego, narzędzi itp. Aktualnie jego obsługa jest

wbudowana w większość dostępnych przeglądarek internetowych.

Jest to dosyć rozbudowany format graficzny, ponieważ umożliwia zapis nie tylko

standardowych obiektów czy kształtów charakterystycznych dla grafiki wektorowej takich

jak: krzywe, wielokąty, elipsy, itp. ale również osadzanie obiektów rastrowych, tekstu czy

filtrów. Pełny jego opis znajduje się na stronach konsorcium W3C.

Dla zaawansowanych! Stosowanie filtrów polega na odpowiednim opisie wskazującym jaki filtr do którego obiektu obrazu ma być zastosowany. Filtry te są charakterystyczne dla grafiki rastrowej i zostały dodane dla powiększenia możliwości zapisu grafiki w tym formacie tak by umożliwiał on przechowywanie podobnych efektów jak dla grafiki rastrowej. Przykładowo takie filtry umożliwiają osiągniecie efektów przezroczystości, cienia, rozmywania obiektów, powierzchni odbijających światło itp.

Zalety:

ujednolicony i prosty w opisie format wolny od patentów i niezależny od platformy

czy narzędzi,

bardzo dobrze integruje się z dokumentami HTML,

ma szansę w wielu zastosowaniach zastąpić Adobe Flash

stworzony specjalnie do umieszczaniu grafiki na stronach www.

Wady:

zapisane w tym formacie obrazy mają trochę większy format niż proste formaty

grafiki rastrowej jak np. GIF przez co tamte mogą być lepsze do zapisu obrazów

takich jak loga, ikony itp.

Porównanie obrazów zapisanych w różnych formatach graficznych.

Poniżej znajduje się typowy przykład grafiki wektorowej (oficjalne logo formatu SVG)

zapisane w trzech różnych formatach grafiki rastorwej. Każdy z obrazów ma rozmiar 300 x

300 pikseli. Niestety nie mamy możliwości zademonstrowania ogyginału, a więc obrazu w

formacie SVG, ponieważ platforma Moodle ich nie obsługuje.

Format PNG - rozmiar pliku: 28kB

Format GIF - rozmiar pliku: 20kB

Format JPEG o stopniu kompresji 50% - rozmiar pliku: 12kB

Format JPEG o stopniu kompresji 90% - rozmiar pliku: 20kB

Dla porównania poniżej zdjęcie posiadające dużą gamę barw z wieloma przejściami

tonalnymi. Każde ze zdjęć ma rozmiar 310 x 208 pikseli.

Format PNG - rozmiar pliku: 116kB

Format GIF - rozmiar pliku: 56kB

Format JPEG o stopniu kompresji 50% - rozmiar pliku: 8kB

Format JPEG o stopniu kompresji 90% - rozmiar pliku: 20kB

Gdy tworzone są zdjęcia z myślą o publikacji na tronach www to:

nie należy używać formatów nie posiadających kompresji, ponieważ powstałe pliki będą mieć zbyt duży rozmiar przez co spowolnią wyświetlanie strony,

grafiki wektorowej wskazany jest format SVG choć czasami jest on jeszcze nie obsługiwany,

równie dobrze (pod względem jakości obrazów) do grafiki wektorowej jak i rastrowej nadaje się format PNG, aczkolwiek powstałe pliki mogą być większe niż zapisane w innych formatach,

do zapisu prostych obiektów nie posiadających wielu kolorów zamiast PNG można bez większej straty jakości użyć formatu GIF zyskując na zmniejszeniu ich rozmiaru,

do zapisu bogatych w barwy (jak zdjęcia) obrazów zamiast PNG użwa się często JPEG gdyż powstałe pliki będą mieć mniejszy rozmiar,

Jeśli natomiast chcemy zarchiwizować obrazy bez utraty ich jakości, to najlepszym będzie format PNG.