ОЗТМ Лаб 2,3

BMP

BMP (від. англ Bitmap Picture) — графічний формат для збереження растрових зображень, розроблений компанією Microsoft.

З форматом BMP працює велика кількість програм, так як його підтримує як і Windows, так і OS/2.

На кожен піксель зображення в різних файлах може бути різна кількість біт. Microsoft пропонує такі бітності: 1, 2, 4, 8, 16, 24, 32, 48 та 64. Колір можна задати тільки в моделі RGB, але в бітностях 16 і 32 можна отримати Greyscale з глибиною до 16 і 32 біт відповідно.

Структура файлу

BMP файли складаються зі структур (заголовків) фіксованого розміру, а також зі структур змінного розміру, які розміщенні у заданій послідовності.

Назва структури	Розмір	Призначення
Файл заголовку	14 Байтів	Зберігає основну інформацію
DIB заголовок	Фіксований розмір (нараховує 7 різних варіацій)	Зберігає основну інформацію, а також визначає формат пікселів
Додаткові бітові маски	12 або 16 байтів	Визначає формат пікселів
Таблиця кольорів	Змінний розмір	Визначає кольори (Массив пікселів)
GAP1	Змінний розмір	Вирівнювання структури
Массив пікселів	Змінний розмір	Визначає фактичні значення пікселів
GAP2	Змінний розмір	Вирівнювання структури
ICC профіль кольору	Змінний розмір	Визначає профіль кольору для управління кольором

Використання

BMP формат є дуже простим, і це дає йому використання в ОС Windows та ін. Також цей формат є добре задокументованим і вільним від патентів, що робить його досить поширенним для багатьох графічних програм.

JPEG

JPEG (від. англ Joint Photographic Experts Group) — популярний графічний формат для збереження растрових зображень. Алгоритм JPEG дозволяє стискати зображення як з втратами, так і без втрат (режим стиснення без втрат JPEG). Підтримуються зображення з лінійним розміром не більше 65 535 × 65 535 пікселів.

Алгоритм JPEG найбільшою мірою придатний для стиснення фотографій і картин, що містять реалістичні сцени з плавними переходами яскравості і кольору. Найбільшого поширення JPEG отримав в цифровій фотографії і для зберігання та передачі зображень з використанням мережі Інтернет.

З іншого боку, JPEG малопридатний для стиснення креслень, текстової та знакової графіки, де різкий контраст між сусідніми пікселями приводить до появи помітних артефактів.

Стистення

При стисненні зображення перетворюється з колірного простору RGB в YCbCr. Після цього для каналів зображення Cb і Cr, що відповідають за колір, може виконуватися «проріджування» (subsampling), яке полягає в тому, що кожному блоку з 4 пікселів (2х2) яскравості каналу Y ставляться у відповідність усереднені значення Cb і Cr (схема проріджування «4:2:0»).

При цьому для кожного блоку 2х2 замість 12 значень (4 Y, 4 Cb і 4 Cr) використовується всього 6 (4 Y і по одному усередненому Cb і Cr). Якщо до якості відновленого після стиснення зображення пред'являються підвищені вимоги, проріджування може виконуватися лише в якомусь одному напрямку - по вертикалі (схема «4:4:0») або по горизонталі («4:2:2»), або не виконуватися зовсім («4:4:4»).

При збереженні зображення в JPEG-файлі вказується параметр якості, що задається в деяких умовних одиницях, наприклад, від 1 до 100 або від 1 до 10. Більше число зазвичай відповідає кращій якості (і більшого розміру стиснутого файлу). Однак навіть при використанні найвищої якості відновлене зображення не буде в точності збігатися з вихідним.

Переваги та недоліки

При збереженні зображення в JPEG-файлі вказується параметр якості, що задається в деяких умовних одиницях, наприклад, від 1 до 100 або від 1 до 10. Більше число зазвичай відповідає кращій якості (і більшого розміру стиснутого файлу). Однак навіть при використанні найвищої якості відновлене зображення не буде в точності збігатися з вихідним. Однак, незважаючи на недоліки, JPEG отримав дуже широке поширення через досить високого ступеня стиснення, підтримки стиснення повнокольорових зображень і відносно невисокою обчислювальної складності.

GIF

GIF (від. англ Graphics Interchange Format) — популярний графічний формат для збереження растрових зображень. Здатний зберігати стислі дані без втрати якості у форматі не більше 256 кольорів. Незалежний від апаратного забезпечення формат GIF був розроблений в 1987 році фірмою CompuServe для передачі растрових зображень по мережах. У 1989-му формат був модифікований, були додані підтримка прозорості і анімації. GIF використовує LZW-компресію, що дозволяє стискати файли, в яких багато однорідних заливок (логотипи, написи, схеми). Довгий час GIF був одним з найбільш поширених форматів в інтернеті.

Область застосування

Зображення у форматі GIF зберігається порядково, підтримується тільки формат з індексованої палітрою кольорів. Стандарт розроблявся тільки для підтримки 256-кольорової палітри.

Один з кольорів у палітрі може бути оголошений «прозорим». У цьому випадку в програмах, які підтримують прозорість GIF (наприклад, більшість сучасних браузерів) через прозорі пікселі буде видно фон. «Напівпрозорість» пікселів (технологія альфа-каналу) не підтримується.

Анімовані зображення

Формат GIF підтримує анімаційні зображення. Вони являють собою послідовність з декількох статичних кадрів, а також інформацію про те, скільки часу кожен кадр повинен бути показаний на екрані. Анімацію можна зробити циклічною.

GIF анімація може використовувати прозорість для того щоб не зберігати черговий кадр цілком, а тільки зміни щодо попереднього.

PNG

PNG (від. англ Portable Network Graphics) — растровий формат збереження графічної інформації, що використовує стиснення без втрат. PNG був створений як вільний формат для заміни GIF, тому в Інтернеті з'явився рекурсивний акронім «PNG is Not GIF»

Область застосування

Формат PNG спроектований для заміни застарілого і більш простого формату GIF, а також, в деякій мірі, для заміни значно складнішого формату TIFF. Формат PNG позиціонується передусім для використання в Інтернеті і редагування графіки.

PNG підтримує три основних типи растрових зображень:

1. Напівтонове зображення (глибина кольорів – 16 біт)
2. Кольорове індексоване зображення (палітра 8 біт для кольора з глибиною 24 біт)
3. Повністью кольорове зображення (глибина кольорів – 48 біт)

Формат PNG зберігає графічну інформацію в стислому вигляді. Причому це стиснення проводиться без втрат, на відміну, наприклад, від JPEG з втратами. Він має такі основні переваги перед GIF:

• практично необмежену кількість кольорів у зображенні (GIF використовує в кращому випадку 8-бітний колір);
• підтримка альфа–каналу;
• можливість гамма–корекції;
• двувимірна черезрядкова розгортка;
• можливість розширення формату користувацькими блоками.

PNG є гарним форматом для редагування зображень, навіть для зберігання проміжних стадій редагування, так як відновлення і зберігання зображення проходять без втрат в якості. Також, на відміну, наприклад, від TIFF, специфікація PNG не дозволяє авторам реалізацій вибирати, які можливості вони збираються реалізувати. Тому будь-яке збережене зображення PNG може бути прочитано в будь-якому іншому додатку, що підтримує PNG.

SVG

SVG (від. англ Scalable Vector Graphics) — мова розмітки векторної графіки, створеної Консорціумом Всесвітньої павутини (W3C), яка входить до підмножини мови розмітки XML, призначеної для опису двовимірної векторної і змішаної векторно/растрової графіки у форматі XML. Підтримує як нерухому, так і анімовану інтерактивну графіку.

Переваги формату

• Текстовий формат – файли SVG можна читати і редагувати за допомогою звичайних текстових редакторів. При перегляді документів, що містять SVG графіку, є доступ до перегляду коду файлу, і можливість збереження всього документа. Крім того, SVG файли зазвичай виходять менше за розміром, ніж порівнянні за якістю зображення в форматах JPEG або GIF, а також добре піддаються стисненню.
• Існує можливість збільшити будь-яку частину зображення SVG без втрати якості. Додатково, до елементів SVG документа можливо застосовувати фільтри – спеціальні модифікатори для створення ефектів, подібних застосовуваним при обробці растрових зображень.
• Текст в SVG є текстом, а не зображенням, тому його можна виділяти і копіювати, він індексується пошуковими машинами, не потрібно створювати додаткові метафайли для пошукових роботів.
• SVG – відкритий стандарт. На відміну від деяких інших форматів, SVG не є чиєюсь власністю.

Недоліки формату

• SVG успадковує всі недоліки XML, такі як великий розмір файлу.
• Складність використання у великих картографічних додатках через те, що для правильного відображення маленької частини зображення документ необхідно прочитати цілком.
• Успадковує всі недоліки векторного зображення.

Таблиця порівняння

Для експерименту було використано фото у форматі BMP, розміром 576 КБ, з розширенням 512 х 384 пікс.

Формат	Розмір	Прозорість	Недоліки	Переваги
BMP	576 КБ	Не зберігає	Стистення не використовується, а також файли зображень мають відносно великий розмір.	Гарна якість зображення.
JPG	157 КБ	Не зберігає	Використовується стиснення з втратами, що дає появу на відновлених зображеннях при високих ступенях стиснення характерних артефактів: зображення розсипається на блоки розміром 8x8 пікселів (цей ефект особливо помітний на областях зображення з плавними змінами яскравості), в областях з високою просторовою частотою (наприклад, на контрастних контурах і краях зображення) виникають артефакти у вигляді шумових ореолів.	Досить малий розмір файлу зображення, легко передавати.
GIF	103 КБ	Зберігає	Здантий зберігати дані без втрати якості у форматі не більше 256 кольорів, тому зображення які мають велику кількість кольорів будуть втрачати якість після збереження.	Малий розмір файлу, а також можливість збереження анімацій.
PNG	396 КБ	Зберігає	Використовується стистення без втрат. Головним недоліком є те, що формат PNG не підтримує множинного зображенні, особоливо анімації.	Велика кількість кольорів. Також цей формат є дуже гарним для редагування зображень, навіть для збереження проміжних результатів роботи з графікою, так як відновлення та збереження зображення проходять без втрат в якості.
SVG	529 КБ	Зберігає	SVG успадковує всі недоліки XML, такі як великий розмір файлу.	Файли SVG можна читати і редагувати за допомогою звичайних текстових редакторів.