Типы точечных рисунков

Статья
11/05/2008

Обновлен: Ноябрь 2007

Растровое изображение или битовый образ — это массив битов, задающих цвет для каждой точки (пикселя) в прямоугольном массиве точек. Количество битов, задающих цвет одной точки, определяет количество цветов, которые могут быть заданы для этой точки. Например, если точка представляется четырьмя битами, то для каждой такой точки можно задать один из 16 различных цветов (2^4 = 16).. В приведенной ниже таблице содержится несколько примеров того, сколько цветов можно задавать для точки, представляемой определенным количеством битов.

Количество битов на точку	Количество цветов, которые могут быть заданы для точки
1	2^1 = 2
2	2^2 = 4
4	2^4 = 16
8	2^8 = 256
16	2^16 = 65,536
24	2^24 = 16,777,216

Файлы, которые служат для хранения точечных рисунков, обычно включают один или более информационных блоков, содержащих такие данные, как количество битов на одну точку, количество точек в строке и количество строк в массиве. Такой файл может также содержать таблицу цветов (иногда называемую цветовой палитрой). Таблица цветов сопоставляет числа из растрового образа с определенными цветами. На приведенном ниже рисунке изображен увеличенный рисунок, его представление в виде растрового образа и соответствующая таблица цветов. Каждая точка описывается 4-битным числом, поэтому таблица цветов содержит 2^4 = 16 цветов. Каждый цвет в таблице представляется 24-битным числом: 8 бит для интенсивности красного, 8 бит для интенсивности зеленого и 8 бит для интенсивности синего. Числа отображаются в шестнадцатеричной системе счисления (системе счисления с основанием 16): A = 10, B = 11, C = 12, D = 13, E = 14, F = 15.

Пример растрового изображения

Обратите внимание на точку рисунка на пересечении строки 3 и столбца 5. Соответствующее ей число в растровом образе равно 1. Согласно таблице цветов, число 1 соответствует красному цвету, поэтому цвет точки — красный. Все элементы верхней строки битового образа равны 3. Согласно таблице цветов число 3 соответствует синему, поэтому все точки верхней строки изображения синие.

Примечание.
Некоторые точечные рисунки хранятся в перевернутом формате — числам в верхней строке растрового образа соответствуют точки в нижней строке изображения.

Точечные рисунки, которые содержат ссылки на таблицу цветов, иногда называются растровыми изображениями, индексированными палитрой. Для некоторых растровых рисунков таблица цветов не нужна. Например, если в точечном рисунке каждой точке соответствует 24 бита, в такой растровый рисунок можно заносить непосредственно 24-битные представления цветов, а не номера этих цветов в таблице цветов. Приведенный ниже рисунок — это растровое изображение, в котором не используется таблица цветов и цвета указываются явным образом (каждой точке соответствует 24 бита). На приведенном ниже рисунке изображение также увеличено. В битовом образе число FFFFFF обозначает белый цвет, число FF0000 обозначает красный, число 00FF00 обозначает зеленый, а число 0000FF обозначает синий цвет.

Пример растрового изображения

Форматы графических файлов

Существует множество стандартных форматов файлов для сохранения растровых изображений. Ниже описаны форматы графических файлов, поддерживаемые интерфейсом GDI+.

BMP

BMP — это стандартный формат, используемый в Windows для хранения аппаратно- и программно-независимых изображений. Количество битов, сопоставленных в данном файле BMP одной точке (1, 4, 8, 15, 24, 32 или 64), указывается в заголовке файла. Наиболее часто используются файлы BMP, в которых каждой точке соответствует 24 бита. Обычно файлы BMP не подвергаются сжатию, поэтому этот формат плохо подходит для передачи данных через Интернет.

GIF (Graphics Interchange Format)

Изображения в формате GIF часто размещаются на веб-страницах. Файлы GIF хорошо подходят для хранения изображений, образованных линиями, рисунков со сплошными блоками одного цвета и рисунков с четкой границей между различными цветами. Файлы GIF подвергаются сжатию, но сжатие происходит без потерь. Восстановленное после сжатия изображение полностью совпадает с исходным изображением. Один цвет в изображении формата GIF можно сделать прозрачным, так что через изображение в качестве фона будет проглядывать веб-страница, на которой размещено это изображение. Последовательность изображений GIF можно сохранять в одном файле, что позволяет создавать анимированные изображения GIF. Изображения формата GIF могут содержать не более 8 бит на точку, поэтому в таких изображениях можно использовать не более 256 цветов.

JPEG (Joint Photographic Experts Group)

JPEG — это схема сжатия, хорошо работающая для естественных образов, таких как отсканированные фотографии. Некоторые данные теряются в процессе сжатия, но обычно потеря остается незаметной для человеческого глаза. Изображения JPEG содержат 24 бита данных для каждой точки, поэтому на таких рисунках можно передать более 16 миллионов цветов. JPEG не поддерживает прозрачность или анимацию.

Степень сжатия изображений с помощью схемы JPEG можно настраивать, но большая степень сжатия (позволяющая получать меньшие файлы) приводит к росту потерь данных. Коэффициент сжатия 20:1 обычно позволяет получить изображение, которое человеческий глаз с трудом может отличить от оригинала. На приведенном ниже рисунке представлено изображение в формате BMP и два изображения JPEG, полученные в результате сжатия изображения в формате BMP. Первый рисунок JPEG получен с использованием коэффициента сжатия 4:1, а второй получен с использованием коэффициента сжатия 8:1.

Примеры идентификатора типа файла

Используемый в схеме JPEG алгоритм сжатия плохо подходит для сжатия изображений, образованных линиями, сплошных блоков одного цвета и изображений с четкими границами между цветами. На приведенном ниже рисунке показано изображение в формате BMP, два изображения JPEG и одно изображение в формате GIF. Изображения JPEG и GIF были получены путем сжатия изображения в формате BMP. Для формата GIF и для меньшего изображения JPEG был задан коэффициент 4:1, а для большего изображения JPEG был задан коэффициент сжатия 8:3. Обратите внимание, что изображение в формате GIF сохраняет четкие границы вдоль линий, а на изображениях JPEG эти границы размываются.

Идентификатор типа файлов

JPEG является схемой сжатия, а не файловым форматом. JPEG File Interchange Format (JFIF) — это файловый формат, обычно используемый для хранения и передачи изображений, сжатых по схеме JPEG. Файлы формата JFIF, отображаемые веб-обозревателями, обычно имеют расширение JPG.

EXIF (Exchangeable Image File)

EXIF — это формат файлов, используемый для хранения фотографий, полученных с помощью цифровой камеры. Файл EXIF содержит изображение, сжатое согласно спецификации JPEG. Файл EXIF также содержит данные о фотографии (дата съемки, скорость затвора, время экспонирования и т. п.) и сведения о фотокамере (производитель, модель и т. п.).

PNG (Portable Network Graphics)

Формат PNG сохраняет многие преимущества формата GIF, но также предоставляет многие возможности, недоступные в GIF. Как и в формате GIF, файлы PNG сжимаются без потери данных. Файлы PNG могут содержать цвета, задаваемые 8, 24 или 48 битами каждый, и оттенки серого, задаваемые 1, 2, 4, 8 или 16 битами на точку. В файлах GIF цвет одной точки можно задавать только 1, 2, 4 или 8 битами. В файлах PNG можно также задавать альфа-фактор для каждой точки, который определяет степень слияния цвета точки с цветом фона.

В формате PNG расширена реализованная в формате GIF возможность прогрессивно отображать изображение, что позволяет выводить на экран все более и более подробное приближение изображения по мере поступления его частей через сетевое соединение. Файлы PNG могут содержать данные о гамма-коррекции и о цветовой коррекции, что позволяет правильно строить изображение на различных устройствах отображения.

TIFF (Tag Image File Format)

TIFF — это гибкий и расширяемый формат, поддерживаемый большим количеством платформ и приложений для обработки изображений. В файлах TIFF можно хранить изображения с произвольным количеством битов на одну точку и использовать различные алгоритмы сжатия. В одном многостраничном файле TIFF можно сохранить несколько изображений. Данные, связанные с изображением (модель сканера, компьютер размещения, тип сжатия, ориентация, количество примеров на точку и т. п.) также могут быть сохранены в файле и упорядочены с помощью тегов. Формат TIFF может быть расширен в соответствии с нужными требованиями путем добавления и утверждения новых тегов.