Растровые форматы

Перечислим основные растровые форматы изображений. BMP (BitMaP — точечный рисунок) — основной формат рас­тровой графики в ОС Windows. Для имени файла, представлен­ного в BMP-формате, чаще всего используется расширение.bmp, хотя некоторые файлы имеют расширение.rle, что обычно ука­зывает на то, что произведено сжатие растровой информации файла одним из двух способов сжатия RLE, которые допустимы для файлов ВМР-формата.

В файлах BMP информация о цвете каждого пикселя коди­руется 1, 4, 8, 16 или 24 битами (бит/пиксель). Числом бит/пик­сель, называемым также цветовой глубиной, определяется мак­симальное число цветов в изображении. Изображение при глу­бине 1 бит/пиксель может иметь всего два цвета, а при глубине 24 бит/пиксель — более 16 млн (2²⁴) различных цветов.

Файл разбит на четыре основных раздела — заголовок файла растровой графики, информационный заголовок растрового массива, таблица цветов и собственно данные растрового масси­ва. Заголовок файла растровой графики содержит информацию о файле, в том числе адрес, с которого начинается область дан­ных растрового массива. В информационном заголовке растро­вого массива содержатся сведения об изображении, хранящемся в файле (например, высоте и ширине в пикселях). В таблице цветов представлены значения основных цветов RGB (красный, зеленый, синий) для используемых в изображении цветов. Про­граммы, считывающие и отображающие BMP-файлы, в случае использования видеоадаптеров, которые не позволяют отобра­жать более 256 цветов, для точной цветопередачи могут про­граммно устанавливать такие значения RGB в цветовых палит­рах адаптеров.

Формат собственно данных растрового массива в файле BMP зависит от числа бит, используемых для кодирования данных о цвете каждого пикселя. При 256-цветном изображении каждый пиксель в той части файла, где содержатся собственно данные растрового массива, описывается одним байтом (8 бит). Это описание пикселя не представляет значений цветов RGB, а слу­жит указателем для входа в таблицу цветов файла. Таким обра­зом, если в качестве первого значения цвета RGB в таблице цве­тов файла BMP хранится R/G/B = 255/0/0, то значению пикселя О в растровом массиве будет поставлен в соответствие яр­ко-красный цвет. Значения пикселей хранятся в порядке их рас­положения слева направо, начиная (как правило) с нижней строки изображения. Таким образом, в 256-цветном ВМР-файле первый байт данных растрового массива представляет собой ин­декс для цвета пикселя, находящегося в нижнем левом углу изо­бражения; второй байт представляет индекс для цвета соседнего справа пикселя и т. д.

Файлы BMP с глубиной 16 и 24 бит/пиксель не имеют таб­лиц цветов; в этих файлах значения пикселей растрового масси­ва непосредственно характеризуют значения цветов RGB.

PCX — первый стандартный формат файлов для растровой графики в компьютерах систем IBM PC. На этот формат, применявшийся в программе Paintbrush фирмы ZSoft, в начале 1980-х гг. фирмой Microsoft была приобретена лицензия, затем он распространялся вместе с изделиями Microsoft, в дальнейшем был преобразован в Windows Paintbrush и начал распространяться с Windows. Хотя область применения этого популярного фор­мата сокращается, файлы формата PCX, которые легко узнать по расширению рсх, все же распространены и сегодня.

Файлы PCX включают три части — заголовок PCX, данные растрового массива, факультативную таблицу цветов. Заголовок (128-байтовый) содержит несколько полей данных, в том числе размере изображения и количестве бит для кодирования цветовой информации каждого пикселя. Информация растрового массива сжимается с использованием метода RLE; факультатив­ная таблица цветов в конце файла содержит 256 значений цветов RGB, определяющих цвета изображения. Кодирование цвета ка­ждого пикселя в современных изображениях PCX может произ­водиться с глубиной 1, 4, 8 или 24 бит.

TIFF (Tagged Image File Format — формат файлов изображе­ния, снабженных тегами). Если PCX — один из самых простых для декодирования форматов растровой графики, то TIFF — один из самых сложных. Файлы TIFF имеют расширение tif. Каждый файл начинается 8-байтовым заголовком файла изобра­жения (IFH), важнейший элемент которого — каталог файла изображения (Image File Directory — IFD) — служит указателем к структуре данных. IFD представляет собой таблицу для иден­тификации одной или нескольких порций данных переменной длины, называемых тегами, хранящими информацию об изобра­жении. В спецификации формата файлов TIFF определено более 70 различных типов тегов. Например, тег, хранящий информа­цию о ширине изображения в пикселях, или о его высоте, или таблица цветов (при необходимости), или сами данные растро­вого массива. Изображение, закодированное в файле TIFF, пол­ностью определяется его тегами, и этот формат файла легко рас­ширяется, поскольку для придания файлу дополнительных свойств достаточно определить дополнительные типы тегов. Данные растрового массива в файле TIFF могут сжиматься с ис­пользованием любого из нескольких методов, поэтому в надеж­ной программе для чтения файлов TIFF должны быть средства распаковки RLE, LZW и несколько других.

GIF (Graphics Interchange Format — формат обмена графиче­скими данными, произносится «джиф») разработан компанией CompuServe (расширение — gif). Структура файла зависит от версии GIF-спецификации (распространены две версии — GIF87a и GIF89a). Независимо от номера версии файл GIF на­чинается с 13-байтового заголовка, содержащего сигнатуру, ко­торая идентифицирует этот файл в качестве GIF-файла, номер версии GIF и другую информацию. Если файл хранит только одно изображение, вслед за заголовком обычно располагается общая таблица цветов, определяющая палитру изображения. Если в файле хранится несколько изображений, то вместо об­щей таблицы цветов каждое изображение сопровождается ло­кальной таблицей цветов.

Основные достоинства GIF заключаются в широком распро­странении этого формата и его компактности. Но ему присущи два достаточно серьезных недостатка. Один из них состоит в том, что в изображениях, хранящихся в виде GIF-файла, не мо­жет быть использовано более 256 цветов. Второй, возможно, еще более серьезный, заключается в том, что разработчики про­грамм, использующие в них форматы GIF, должны иметь ли­цензионное соглашение с CompuServe и вносить плату за каж­дый экземпляр программы; такая ценовая политика была приня­та CompuServe после того, как Unisys объявила, что начнет добиваться соблюдения своих прав собственности и потребовала от тех, кто пользуется алгоритмом сжатия LZW, вносить лицен­зионные платежи. Возникшее в результате этого запутанное юридическое положение тормозит внедрение в свои графиче­ские программы средств для работы с файлами GIF.

PNG (Portable Network Graphic) — переносимый сетевой фор­мат, произносится «пинг», расширение — -png) был разработан для замены GIF, чтобы обойти юридические препятствия, стоя­щие на пути использования GIF-файлов. PNG унаследовал мно­гие возможности GIF и, кроме того, позволяет хранить изобра­жения с истинными цветами. Еще более важно, что он сжимает информацию растрового массива в соответствии с вариантом пользующегося высокой репутацией алгоритма сжатия LZ77 (предшественника LZW), которым любой может пользоваться бесплатно.

JPEG (произносится «джейпег», расширение — -jpg) был разработан компанией C-Cube Microsystems как эффективный метод хранения изображений с большой глубиной цвета, напри­мер, получаемых при сканировании фотографий с многочислен­ными едва уловимыми оттенками цвета. Используется алгоритм JPEG-сжатия с потерями информации. Таблица 3.2 иллюстриру­ет размеры и цветовую глубину файлов, которые соответствуют различным форматам при сохранении исходного изображения размером в 1 Мбайт.