Formáty obrazových souborů - Image file formats

„Formát obrázku“ přeadresuje tady. Formát snímače fotoaparátu najdete v části Formát snímače obrazu .
Tento článek je o formátech digitálních obrázků používaných k ukládání fotografických a jiných obrázků. Formáty souborů s obrazem disku najdete v části Obraz disku . Obecné formáty digitálních souborů najdete v části Formát souboru .

Formáty obrazových souborů jsou standardizované prostředky pro organizaci a ukládání digitálních obrázků . Formát obrazového souboru může ukládat data v nekomprimovaném formátu, komprimovaném formátu (který může být bezeztrátový nebo ztrátový) nebo ve vektorovém formátu. Obrazové soubory se skládají z digitálních dat v jednom z těchto formátů, takže data lze rastrovat pro použití na displeji počítače nebo tiskárně. Rastrování převádí obrazová data na mřížku pixelů. Každý pixel má určitý počet bitů pro označení jeho barvy (a v některých formátech jeho průhlednosti ). Rastrování obrazového souboru pro konkrétní zařízení bere v úvahu počet bitů na pixel (barevnou hloubku), se kterými je zařízení navrženo pracovat.

Velikosti obrazových souborů

Velikost souborů rastrových obrázků pozitivně koreluje s počtem pixelů v obrázku a barevnou hloubkou (bitů na pixel). Obrázky lze však komprimovat různými způsoby. Kompresní algoritmus ukládá buď přesnou reprezentaci, nebo aproximaci původního obrázku v menším počtu bajtů, které lze rozšířit zpět do nekomprimované podoby s odpovídajícím dekompresním algoritmem. Obrázky se stejným počtem pixelů a barevnou hloubkou mohou mít velmi odlišnou velikost komprimovaného souboru. S ohledem na přesně stejnou kompresi, počet pixelů a barevnou hloubku pro dva obrázky může odlišná grafická složitost původních obrázků také vést k velmi rozdílným velikostem souborů po kompresi kvůli povaze kompresních algoritmů. U některých formátů komprese mohou obrázky, které jsou méně složité, mít za následek menší velikosti komprimovaných souborů. Tato vlastnost někdy vede u některých bezeztrátových formátů k menší velikosti souboru než u ztrátových formátů. Například graficky jednoduché obrázky (tj. Obrázky s velkými souvislými oblastmi, jako jsou kresby nebo animační sekvence) mohou být bezeztrátově komprimovány do formátu GIF nebo PNG a výsledkem bude menší velikost souboru než ve ztrátovém formátu JPEG.

Například obrázek 640  ×  480 pixelů s 24bitovými barvami by zabíral téměř megabajt prostoru:

640  ×  480  ×  24 = 7 372 800 bitů = 921 600 bytů = 900  KiB

U vektorových obrázků se velikost souboru zvyšuje pouze přidáním dalších vektorů.

Komprese obrazových souborů

Existují dva typy algoritmů komprese obrazových souborů : bezztrátové a ztrátové .

Algoritmy bezeztrátové komprese zmenšují velikost souboru při zachování dokonalé kopie původního nekomprimovaného obrázku. Bezztrátová komprese obecně, ale ne vždy, má za následek větší soubory než ztrátová komprese. Bezztrátová komprese by měla být použita, aby se zabránilo hromadění fází opětovné komprese při úpravách obrázků.

Algoritmy ztrátové komprese zachovávají reprezentaci původního nekomprimovaného obrazu, který se může zdát jako dokonalá kopie, ale není to dokonalá kopie. Ztrátová komprese často dokáže dosáhnout menších velikostí souborů než bezeztrátová komprese. Většina algoritmů ztrátové komprese umožňuje variabilní kompresi, která vyměňuje kvalitu obrazu za velikost souboru.

Hlavní formáty grafických souborů

Viz také: Porovnání formátů grafických souborů § Technické detaily

Včetně proprietárních typů existují stovky typů obrazových souborů. K zobrazení obrázků na internetu se nejčastěji používají formáty PNG, JPEG a GIF. Některé z těchto grafických formátů jsou uvedeny a stručně popsány níže, rozděleny do dvou hlavních rodin grafiky: rastr a vektor.

Kromě přímých obrazových formátů jsou metasouborové formáty přenosnými formáty, které mohou obsahovat rastrové i vektorové informace. Příkladem jsou formáty nezávislé na aplikaci, jako jsou WMF a EMF . Formát metasouboru je přechodný formát. Většina aplikací otevírá metasoubory a poté je ukládá ve svém vlastním nativním formátu. Jazyk popisu stránky se týká formátů používaných k popisu rozvržení tištěné stránky obsahující text, objekty a obrázky. Příklady jsou PostScript , PDF a PCL .

Rastrové formáty

Další informace: Rastrová grafika

JPEG/JFIF

JPEG (Joint Photographic Experts Group) je metoda ztrátové komprese ; Obrázky komprimované ve formátu JPEG jsou obvykle uloženy ve formátu souboru JFIF (JPEG File Interchange Format). Přípona názvu souboru JPEG/JFIF je JPG nebo JPEG . Téměř každý digitální fotoaparát může ukládat obrázky ve formátu JPEG/JFIF, který podporuje osmibitové obrázky ve stupních šedi a 24bitové barevné obrázky (každý po osmi bitech pro červenou, zelenou a modrou). JPEG aplikuje na obrázky ztrátovou kompresi, což může mít za následek výrazné zmenšení velikosti souboru. Aplikace mohou určit stupeň komprese, který se má použít, a množství komprese ovlivňuje vizuální kvalitu výsledku. Není -li příliš velká, komprese nijak výrazně neovlivňuje ani neubírá na kvalitě obrázku, ale soubory JPEG při opakovaném upravování a ukládání trpí generační degradací . (JPEG také poskytuje bezeztrátové ukládání obrázků, ale bezztrátová verze není široce podporována.)

JPEG 2000

JPEG 2000 je standard komprese umožňující bezztrátové i ztrátové úložiště. Použité metody komprese se liší od metod ve standardním JFIF/JPEG; zlepšují kvalitu a kompresní poměry, ale také vyžadují větší výpočetní výkon ke zpracování. JPEG 2000 také přidává funkce, které v JPEG chybí. Není ani zdaleka tak běžný jako JPEG, ale v současné době se používá v profesionální úpravě a distribuci filmů (některá digitální kina například používají JPEG 2000 pro jednotlivé snímky filmů).

Exif

Formát Exif ( Exchangeable image file format ) je souborový standard podobný formátu JFIF s příponami TIFF; je začleněn do softwaru pro psaní JPEG používaného ve většině fotoaparátů. Jeho účelem je zaznamenávat a standardizovat výměnu obrázků s metadaty obrázků mezi digitálními fotoaparáty a softwarem pro úpravy a prohlížení. Metadata se zaznamenávají pro jednotlivé snímky a zahrnují například nastavení fotoaparátu, čas a datum, rychlost závěrky, expozici, velikost obrazu, kompresi, název fotoaparátu, informace o barvě. Při prohlížení nebo úpravách snímků pomocí softwaru pro úpravu obrázků lze zobrazit všechny tyto informace o obrázku.

Vlastní metadata Exif jako taková mohou být přenášena v různých hostitelských formátech, např. TIFF, JFIF (JPEG) nebo PNG. IFF-META je dalším příkladem.

TIFF

Formát TIFF ( Tagged Image File Format ) je flexibilní formát, který obvykle používá příponu souboru TIFF nebo TIF . Štruktura tagů byla navržena tak, aby byla snadno rozšiřitelná, a mnoho prodejců zavedlo patentované speciální značky-výsledkem je, že žádný čtenář nezpracovává každou příchuť souboru TIFF. TIFF mohou být ztrátové nebo bezeztrátové, v závislosti na technice zvolené pro ukládání dat pixelů. Některé nabízejí relativně dobrou bezeztrátovou kompresi pro dvouúrovňové (černobílé) obrázky . Některé digitální fotoaparáty mohou ukládat obrázky ve formátu TIFF pomocí kompresního algoritmu LZW pro bezztrátové ukládání. Formát obrázků TIFF není webovými prohlížeči široce podporován. TIFF zůstává široce přijímán jako standard fotografického souboru v polygrafickém průmyslu. TIFF dokáže zpracovat barevné prostory specifické pro zařízení, jako je CMYK definovaný konkrétní sadou tiskových tiskových barev. Softwarové balíky OCR (Optical Character Recognition) běžně generují nějakou formu obrazu TIFF (často jednobarevného ) pro naskenované textové stránky.

GIF

GIF ( Graphics Interchange Formát ), je při normálním používání omezeno na 8-bitové palety, nebo 256 barev (při 24-bitová barevná hloubka je to technicky možné). GIF je nejvhodnější pro ukládání grafiky s několika barvami, jako jsou jednoduché diagramy, tvary, loga a obrázky v kresleném stylu, protože využívá bezztrátovou kompresi LZW , která je účinnější, když mají velké oblasti jedinou barvu, a méně účinná pro fotografické nebo rozrušené obrázky. Díky jednoduchosti a stáří GIF dosáhl téměř univerzální softwarové podpory. Díky svým schopnostem animace je stále široce používán k poskytování efektů animace obrazu, a to navzdory nízkému kompresnímu poměru ve srovnání s moderními video formáty.

BMP

Formát souboru BMP (bitmapa Windows) zpracovává grafické soubory v operačním systému Microsoft Windows. Soubory BMP jsou obvykle nekomprimované, a proto velké a bezztrátové; jejich výhodou je jejich jednoduchá struktura a široké přijetí v programech Windows.

PNG

PNG ( Portable Network Graphics ) formát souboru byl vytvořen jako volný, open-source alternativa k GIF. Formát souboru PNG podporuje osmibitové paletované obrázky (s volitelnou průhledností pro všechny barvy palet) a 24bitové truecolor (16 milionů barev) nebo 48bitové truecolor s alfa kanálem i bez něj-zatímco GIF podporuje pouze 256 barev a jeden průhledný barva.

Ve srovnání s JPEG vynikne PNG, když má obrázek velké, jednotně barevné oblasti. Dokonce i pro fotografie-kde je JPEG často volbou pro konečnou distribuci, protože její kompresní technika obvykle poskytuje menší velikosti souborů-je PNG stále vhodný pro ukládání obrázků během procesu úprav, protože je bezztrátová komprese.

PNG poskytuje náhradu za GIF bez patentů (ačkoli GIF je nyní sám bez patentů) a může také nahradit mnoho běžných použití TIFF. Podporovány jsou obrázky s indexovanými barvami, ve stupních šedi a truecolor plus volitelný alfa kanál. Adam7 prokládání umožňuje včasné náhled, i když byla přenesena jen malé procento z obrazových dat. PNG může ukládat data gama a chromatičnosti pro lepší shodu barev na heterogenních platformách.

PNG je navržen tak, aby dobře fungoval v online prohlížečích, jako jsou webové prohlížeče, a lze jej plně streamovat pomocí možnosti progresivního zobrazení. PNG je robustní a poskytuje úplnou kontrolu integrity souboru a jednoduchou detekci běžných chyb přenosu.

Animované formáty odvozené z PNG jsou MNG a APNG , které jsou zpětně kompatibilní s PNG a podporovány většinou prohlížečů.

PPM, PGM, PBM a PNM

Formát Netpbm je rodina zahrnující přenosný formát souboru pixmap (PPM), přenosný formát souboru Graymap (PGM) a formát přenosného bitmapového souboru (PBM). Jedná se buď o čisté soubory ASCII, nebo o surové binární soubory s hlavičkou ASCII, které poskytují velmi základní funkce a slouží jako nejnižší společný jmenovatel pro převod souborů pixmap, graymap nebo bitmap mezi různými platformami. Několik aplikací je souhrnně označuje jako PNM („ P ortable a N y M ap“).

WebP

WebP je otevřený obrazový formát vydaný v roce 2010, který používá bezztrátovou i ztrátovou kompresi. Byl navržen společností Google, aby zmenšil velikost souboru obrázku a zrychlil načítání webových stránek: jeho hlavním účelem je nahradit formát JPEG jako primární formát pro fotografie na webu. WebP je založen na vnitrorámcovém kódování VP8 a používá kontejner založený na RIFF .

V roce 2011, Google přidal „rozšířený formát souboru“, která umožňuje podporu WebP pro animaci , ICC profilu , XMP a Exif metadata a obkladů.

Podpora animací umožňovala převod starších animovaných GIFů na animované WebP.

Kontejner WebP (tj. Kontejner RIFF pro WebP) umožňuje podporu funkcí nad rámec základního případu použití WebP (tj. Soubor obsahující jeden obrázek zakódovaný jako klíčový rámec VP8). Kontejner WebP poskytuje další podporu pro:

  • Bezztrátová komprese - obraz lze bezeztrátově komprimovat pomocí formátu WebP Lossless Format.
  • Metadata - obrázek může mít metadata uložená ve formátech EXIF ​​nebo XMP.
  • Průhlednost - obrázek může mít průhlednost, tj. Alfa kanál.
  • Barevný profil - obrázek může mít vložený profil ICC, jak je popsáno Mezinárodním barevným konsorciem.
  • Animace - obrázek může mít více snímků s přestávkami mezi nimi, což z něj činí animaci.

Rastrové formáty HDR

Většina typických rastrových formátů nedokáže ukládat data HDR (32bitové hodnoty s pohyblivou řádovou čárkou na pixelovou složku), proto zde stále převládají některé relativně staré nebo složité formáty, které stojí za zmínku samostatně. Objevují se však novější alternativy. RGBE je formát pro obrázky HDR pocházející z Radiance a také podporovaný aplikací Adobe Photoshop. JPEG-HDR je formát souboru od Dolby Labs podobný kódování RGBE, standardizovaný jako JPEG XT část 2.

JPEG XT Část 7 obsahuje podporu pro kódování obrázků s pohyblivou řádovou čárkou v základním 8bitovém souboru JPEG pomocí vylepšovacích vrstev kódovaných čtyřmi profily (AD); Profil A je založen na formátu RGBE a profil B na formátu XDepth od Trellis Management.

HEIF

High Efficiency Image File Format (HEIF) je obrazový formát kontejner, který byl standardizován MPEG na základě formátů multimediálních souborů ISO základny . Zatímco HEIF může být použit s jakýmkoliv formátem komprese obrazu jsou HEIF norma stanovuje skladování HEVC obrázků intra-kódovanými a HEVC kódovaných obrazových sekvencí s využitím predikce inter-obrazu.

NETOPÝR

BAT byla uvolněna do veřejného vlastnictví společností C-Cube Microsystems. „Oficiální“ formát souborů JPEG je SPIFF (Still Picture Interchange File Format), ale v době vydání již BAT dosáhlo širokého přijetí. SPIFF, který má označení ISO 10918-3, nabízí univerzálnější kompresi, správu barev a kapacitu metadat než JPEG/BAT, ale má malou podporu. Může být nahrazen JPEG 2000/DIG 2000: ISO SC29/WG1, JPEG - Informační odkazy. Digital Imaging Group, „JPEG 2000 a DIG: Obrázek kompatibility“.

Jiné rastrové formáty

  • BPG ( Better Portable Graphics ) - formát obrázku z roku 2014. Jeho účelem je nahradit JPEG, když je problémem kvalita nebo velikost souboru. Za tímto účelem nabízí vysoký kompresní poměr dat založený na podmnožině standardu komprese videa HEVC , včetně bezeztrátové komprese . Kromě toho podporuje různá metadata (například EXIF).
  • DEEP - formát ve stylu IFF používaný TVPaint
  • DRW (nakreslený soubor)
  • ECW (Enhanced Compression Wavelet)
  • FITS (Flexible Image Transport System)
  • FLIF (Free Lossless Image Format) - ukončený bezeztrátový formát obrazu, který tvrdí, že z hlediska kompresního poměru překonává PNG, bezeztrátový WebP, bezeztrátový BPG a bezeztrátový JPEG 2000. Používá entropický kódovací algoritmus MANIAC (Meta-Adaptive Near-zero Integer Arithmetic Coding), což je varianta entropického kódovacího algoritmu CABAC (kontextově adaptivní binární aritmetické kódování).
  • ICO - kontejner pro jednu nebo více ikon (podmnožiny BMP a/nebo PNG )
  • ILBM - formát stylu IFF až pro 32 bitů v rovinné reprezentaci, plus volitelná 64 bitová rozšíření
  • IMG (obrázek ERDAS IMAGINE)
  • Soubor obrázku IMG ( Graphics Environment Manager (GEM)) - planární, kódovaný za běhu
  • JPEG XL - zahájen v roce 2017, podporuje ztrátovou i bezeztrátovou kompresi, tvrdí, že překonává starší formáty JPEG, PNG, GIF
  • JPEG XR - JPEG standard založený na Microsoft HD Photo
  • Layered Image File Format - pro zpracování obrazu mikroskopem
  • Nrrd (téměř nezpracovaná rastrová data)
  • PAM (Portable arbitrární mapa) - pozdní přírůstek do rodiny Netpbm
  • PCX (PiCture eXchange) - zastaralé
  • PGF (progresivní grafický soubor)
  • PLBM (Planar Bitmap) - proprietární formát Amiga
  • SGI
  • SID (multiresolution seamless image database, MrSID)
  • Sun Raster - zastaralý
  • TGA (TARGA) - zastaralé
  • Formát souboru VICAR - formát přenosu obrázku NASA / JPL
  • XISF ( Extensible Image Serialization Format )

Formáty kontejnerů editorů rastrové grafiky

Tyto obrazové formáty obsahují různé obrázky, vrstvy a objekty, z nichž má být složen konečný obrázek

Vektorové formáty

Další informace: Vektorová grafika

Na rozdíl od výše uvedených formátů rastrových obrázků (kde data popisují charakteristiky každého jednotlivého pixelu) obsahují formáty vektorových obrázků geometrický popis, který lze vykreslit hladce při jakékoli požadované velikosti zobrazení.

V určitém okamžiku musí být veškerá vektorová grafika rastrována, aby mohla být zobrazena na digitálních monitorech. Vektorové obrázky mohou být také zobrazeny pomocí analogové technologie CRT, jako je technologie používaná v některých elektronických testovacích zařízeních , lékařských monitorech , radarových displejích, laserových show a raných videohrách . Plotry jsou tiskárny, které ke kreslení grafiky používají spíše vektorová než pixelová data.

CGM

CGM ( Computer Graphics Metafile ) je formát souboru pro 2D vektorovou grafiku , rastrovou grafiku a text a je definován normou ISO / IEC 8632 . Všechny grafické prvky lze zadat v textovém zdrojovém souboru, který lze zkompilovat do binárního souboru nebo do jedné ze dvou textových reprezentací. CGM poskytuje prostředek pro výměnu grafických dat pro počítačovou reprezentaci 2D grafických informací nezávislých na jakékoli konkrétní aplikaci, systému, platformě nebo zařízení. Byl do určité míry přijat v oblasti technické ilustrace a profesionálního designu , ale do značné míry byl nahrazen formáty jako SVG a DXF .

Formát Gerber (RS-274X)

Formát Gerber (aka Extended Gerber, RS-274X) byl vyvinut společností Gerber Systems Corp., nyní Ucamco , a jde o formát 2D dvouúrovňového popisu obrázku. Je to de facto standardní formát používaný v deskách s plošnými spoji nebo v desce plošných spojů. Je také široce používán v jiných průmyslových odvětvích vyžadujících vysoce přesné 2D dvouúrovňové obrázky.

SVG

SVG ( Scalable Vector Graphics ) je otevřený standard vytvořený a vyvinutý konsorciem World Wide Web Consortium, který řeší potřebu (a pokusy několika korporací) všestranného, skriptovatelného a univerzálního vektorového formátu pro web i pro jiné účely. Formát SVG nemá vlastní kompresní schéma, ale vzhledem k textové povaze XML lze grafiku SVG komprimovat pomocí programu, jako je gzip . Díky svému skriptovacímu potenciálu je SVG klíčovou součástí webových aplikací : interaktivní webové stránky, které vypadají a chovají se jako aplikace.

Jiné 2D vektorové formáty

3D vektorové formáty

Složené formáty

Viz také: Metafile

Jde o formáty obsahující pixelová i vektorová data, možná další data, např. Interaktivní funkce PDF.

Stereo formáty

Reference

  1. ^ Andreas Kleinert (2007). „Rozšíření GIF 24 bitů (truecolor)“ . Archivovány od originálu dne 16. března 2012 . Citováno 23. března 2012 .
  2. ^ Philip Howard. "Příklad GIF True-Color" . Archivovány od originálu dne 22. února 2015 . Citováno 23. března 2012 .
  3. ^ Arora, Vikas (3. října 2011). „Rámec WebP-Mux (kontejner založený na RIFF)“ . Skupiny Google . Citováno 18. listopadu 2011 .
  4. ^ "Specifikace kontejneru WebP" . Google Developers . Citováno 4. dubna 2020 . Ikona CC-BY.svg Text byl zkopírován z tohoto zdroje, který je k dispozici pod mezinárodní licencí Creative Commons Attribution 4.0 .
  5. ^ "Specifikace formátu Gerber File" . Ucamco.