Преобразование форматов графических файлов

Аннотация

Е.В. Куликова Преобразование форматов графических файлов В статье рассматриваются вопросы преобразования файлов графических форматов. Наглядное представление возможности преобразования форматов с потерей или без потерь данных представлено в классификации форматов. Проведенный анализ предметной области и практический опыт отражен в систематизирующей таблице графических форматов и программных средств.

В настоящее время, когда используются самые разнообразные форматы файлов, зачастую возникает проблема их преобразования. Решением проблемы является выбор и применение оптимального средства преобразования формата, как правило, программного.

Способ организации информации в файле носит название формата. Знание файловых форматов и их возможностей является одним из ключевых факторов в допечатной подготовке изданий, создании изображений для Web и электронных публикаций, а также для редактирования исходных изображений с помощью графических редакторов с целью улучшения их качества [5].

Так как общепринятая в вычислительной технике концепция файла – неструктурированная последовательность байтов, компьютерные программы, сохраняющие в файлах структурированные данные, должны как-то преобразовывать их в последовательность байтов и наоборот. Алгоритм этого преобразования, а также соглашения о том, как различные фрагменты информации располагаются внутри файла, и составляют его «формат».

Различные форматы файлов могут различаться степенью детализации, один формат может быть «надстройкой» над другим или использовать элементы других форматов.

Существует множество спецификаций структур данных, записанных в компьютерном файле, что обусловлено различными сферами их применения. В статье рассматриваются файлы, хранящие графическую информацию различных форматов.

Двумерная компьютерная графика представлена двумя видами – растровой и векторной и, соответственно, двумя типами форматов: растровым и векторным.

Растровая графика – это область машинной графики, в которой изображения генерируются из массива пикселей, упорядоченных по строкам и столбцам [1].

Пиксель – это наименьший элемент поверхности визуализации, которому может быть независимым образом заданы цвет, интенсивность и другие характеристики изображения [1]. Растровое изображение рассматривается как мозаика (сетка) из пикселей, которые из-за особенностей зрения человека воспринимаются как единая картинка. Множество пикселей расположено в так называемой битовой карте (таблице, матрице, растре).

Растровое изображение может быть цветным (с различной глубиной цвета), в градациях серого (полутоновые изображения), монохромным (черно-белым, штриховым), индексированным (один из первых способов представления цветных точечных изображений) [5].

Можно выделить достоинства и недостатки изображений, представленных в растровых форматах. К достоинствам относятся:

1. Растровые рисунки эффективно используются для представления объектов реального мира, фотореалистичных изображений.
2. Простота и, как следствие, техническая реализуемость автоматизации ввода (оцифровки) изобразительной информации.
3. Простота печати. Растровые рисунки могут быть легко распечатаны на принтере,т.к. компьютер легко управляет устройствами вывода, которые используют точки для представления отдельных пикселей.
4. Многие растровые форматы файлов являются стандартными, легко открываются и импортируются в редакторах растровой и векторной графики, а также в программах верстки, просмотра изображений и браузерах.
5. Разнообразие специальных эффектов, применимых к растровым изображениям. Можно получать живописные эффекты, добиваться тончайшей нюансировки цвета, создавать перспективную глубину и нерезкость, размытость, акварельность и т.д.

В то же время растровая графика обладает рядом недостатков:

1. Размер растрового файла значительно больше, чем векторного, и не зависит от изображения. Особенно это касается форматов без сжатия.
2. Сложность редактирования растрового изображения. Любой объект растрового изображения теряет свою самостоятельность сразу после создания. Он становится неотъемлемой частью общего рисунка. И в дальнейшем уже воспринимается как совокупность пикселей.
3. Искажения, возникающие при масштабировании и трансформациях.

Векторная графика – изображение на основе регулярных структур. Изображение этого типа определяется на основе простейших геометрических понятий – примитивов (точка, отрезок прямой, прямоугольник, треугольник) [4].

Чаще всего для описания объектов векторной графики используются кривые. В качестве наиболее простой, геометрически наглядной и универсальной чаще всего используется кривая Безье. В начале 70-х годов профессор Пьер Безье, проектируя на компьютере корпуса автомобилей «Рено», впервые применил для этой цели особый вид вид кривых, описываемых уравнением третьего порядка, которые в последствии стали известны под названием кривые Безье [5].

Так же, как и растровая графика, векторная имеет свои достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести:

1. Относительно небольшой размер файла (при условии, что изображение представляет собой набор графических примитивов).
2. Векторные изображения легко масштабируются без потери качества.
3. Векторная графика максимально использует возможности разрешающей способности любого выводного устройства: изображение всегда будет выглядеть настолько качественно, насколько его способно вывести данное устройство. Печать векторных изображений осуществляется быстрее.
4. Развитые средства интеграции изображений и текста.

Недостатки векторной графики:

1. Векторная графика ограничена в чисто живописных средствах и не предназначена для создания фотореалистических изображений и объектов реального мира.
2. Сложность векторного принципа описания изображения не позволяет автоматизировать ввод графической информации и сконструировать устройство, подобное сканеру для пиксельной графики.
3. Программная зависимость выходного векторного файла: каждая программа сохраняет данные в своем собственном формате. Конвертация файла, которая выполнит преобразование в другой формат, может быть выполнена с погрешностями.

Проблема сохранения изображений для последующей их обработки чрезвычайно важна. С ней сталкиваются пользователи любых графических систем. Изображение может быть обработано несколькими графическими программами (и растровыми, и векторными) прежде, чем примет свой окончательный вид.

В процессе работы с графическими программами и переноса изображений между программами и компьютерами возникает вопрос о выборе формата файла для хранения графики. Форматов графических файлов существует множество, что обусловлено специфическими сферами их применения.

Формат графического файла определяет тип графической информации – растровый или векторный, алгоритм сжатия, глубину цвета хранимой информации, возможность записи анимации и звука, а кроме этого в нем может храниться дополнительная информация, используемая графическими редакторами (например, информация о слоях). Каждый формат соответствует определенному расширению файла [3].

На рисунке (рис. 1) наглядно представлена классификация форматов графической информации.

Рис. 1. Классификация графических форматов

Классификация позволяет наглядно представить возможность сохранения и преобразования форматов с сжатием и без, с потерей или без потерь данных.

Сжатие графических данных – в основном актуальная проблема для растровых рисунков. Алгоритмы сжатия файла, которые включены в формат файла, делятся на две группы (что отражено в классификации):

• с потерей данных (JPEG);
• без потери данных (RLE, LZW). При сжатии методом RLE (Run – Length

Encoding – кодирование переменной длиной строки) последовательность повторяющихся величин заменяется парой – повторяющейся величиной и числом ее повторений.

Изображение вытягивается в цепочку байт по строкам растра. Само сжатие в RLE происходит за счет того, что в исходном изображении встречаются цепочки одинаковых байт [2].

Метод сжатия LZW основан на поиске повторяющихся узоров в изображении. Название алгоритм получил по первым буквам фамилий его разработчиков – Lempel, Ziv и Welch [2]. Сильно насыщенные узорами рисунки могут сжиматься до 0,1 их первоначального размера.

Сжатие по методу JPEG (Joint Photographic Experts Group) существенно уменьшает размер файла с растровым рисунком (возможен коэффициент сжатия 100: 1). Высокий коэффициент сжатия достигается за счет сжатия с потерями, при котором в результирующем файле теряется часть исходной информации [5]. Метод JPEG использует тот факт, что человеческий глазочень чувствителен к изменению яркости, но изменения цвета он замечает хуже.

Основными задачами при работе с графическими файлами являются просмотр, обработка и при необходимости – преобразование (конвертация) в другой формат.

Необходимость преобразования графических файлов из одного формата в другой может возникнуть по разным причинам:

• программа, с которой работает пользователь, не воспринимает прежний формат его файла (несовместимость);
• требуется уменьшить размер файла, применив алгоритм сжатия;
• требуется преобразовать файл в формат, совместимый с программой, в которой можно выполнить определенные операции обработки изображения;
• требования среды размещения файла (например, в сети Интернет) или же пользователя (например, заказчика).

Проведенный анализ программных средств, а также практический опыт в области подготовки изображений для web, компьютерной графики и дизайна позволил провести следующую систематизацию программ, позволяющих выполнить перечисленные задачи (табл. 1).

В этой таблице перечислены программные средства, позволяющие просматривать, обрабатывать и преобразовывать форматы файлов, хранящих графическую информацию.

Таблица 1.Программные средства просмотра, обработки и конвертации форматов графических файлов

тип формата	формат файла	просмотр	обработка	преобразование
векторные	wmf	acdsee free, faststone image viewer, visio, irfanview, xnview, stdu viewer, photo snap	inkscape, gimp, visio, corel paint shop pro, adobe photoshop, photo snap, graphy, corel draw	imagebadger image converter, visio, faststone image viewer, formatfactory, corel draw, ls image
	сdr	corel draw, cdr viewer, cumulus desktop le, thumbsplus, xnview extended,	corel draw, adobe illustrator	corel draw, cdr viewer uniconvertor
	ai	ai viewer, xn-view, portfolio, adobe reader	adobe illustrator, inkscape, adobe photoshop, scribus	adobe illustrator, inkscape, adobe photoshop, scribus
	dwg	autocad, dwg trueview, free dwg viewer, abviewer	dwg trueview, autocad, abviewer, spotlight	autocad, dwg trueview, solid converter dwg, dwg to bmp, softfirst cad2image
	dxf	dxf viewer, autodwg dxf viewer, bentley view, easy cad viewer, autodesk design review	autocad, cade, progecad, a9cad, solid edge 2d drafting, kompas-3d	autocad, cade, progecad, a9cad, solid edge 2d drafting, kompas-3d
	swf	adobe flash player, flash movie player, swf viewer, flash player pro, sothink swf quicker	flash movie player, magix movie edit pro, corel videostudio, sothink swf quicker, sony vegas, swf decompiler magic free version	flash decompiler trillix, flash optimizer, flash-swf to avi/gif/mp3 converter, aunsoft swf converter, swf decompiler magic free version, flash swf decompiler
	fla	macromedia flash, power flash decompile fileviewpro r	power flash decompiler, websmartz website builder	power flash decompiler, macromedia flash
	emf	emf viewer, stdu viewer, acdsee free, visio, irfanview, xnview, viewfd	emf debugger, visio, adobe illustrator, corel paint shop pro photo	emf debugger, visio, stdu, adobe illustrator, graphicsconverterpro, corel paint shop pro photo, abb image icon, verydoc emf to eps
растровые	bmp	faststone image viewer, irfanview, xnview, autodesk design review, simply slideshow, universal viewer, picasa	paint, bmp image editor, photoshop, visio, paint.net, gimp, photoscape	easy graphics, faststone image viewer, paint, photoshop, visio, xnview, paint, photoshop, visio, image 2 icon, converter 3plus, photopdf photo to pdf, raster to vector sdk, abb image icon, imagebadger image
	jpeg, jpeg2000	picasa, acdsee free, faststone image viewer, irfanview, xnview, autodesk design review	faststone viewer, paint, adobe photoshop, visio	easy graphics, faststone image viewer, paint, photoshop, visio, xnview, paint, photoshop, visio, image 2 icon, converter 3plus, photopdf photo to pdf, raster to vector sdk, abb image icon, imagebadger imageф
	ecw	erdas imagine, erdas ecw jpeg2000 codec sdk, acd systems, esri arcgis desktop, tatukgis viewer, gtri falconview, irfanview	ecw header editor, gpsmapedit	spotlight, ecw compressor, img2ozf
	fpx	acdsee, microsoft photodraw, irfanview, xnview	corel paintshop pro, coreldraw	coreldraw, ls image
	png	picasa, acdsee free, faststone image viewer, irfanview, xnview, autodesk design review, fastpictureviewer pro	faststone viewer, paint, photoshop, visio, corel paintshop pro	faststone image viewer, paint, photoshop, visio, xnview, easy graphics, imagebadger image
	gif	picasa, acdsee free, faststone image viewer, irfanview, xnview, autodesk design review, fastpictureviewer pro	faststone viewer, paint, photoshop, visio	easy graphics, faststone image viewer, paint, photoshop, visio, xnview, paint, photoshop, visio, converter 3plus, photopdf photo to pdf, abb image icon, imagebadger image
	tiff	picasa, acdsee free, faststone image viewer, irfanview, xnview, autodesk design review	faststone viewer, paint, photoshop, visio	converter 3plus, faststone image viewer, paint, photoshop, visio, xnview, paint, photoshop, visio, raster to vector sdk
	pcx	acdsee free, faststone image viewer, irfanview, xnview, autodesk design review	faststone viewer, paint, photoshop, visio	faststone image viewer, paint, photoshop, visio, xnview, paint, photoshop, visio, converter 3plus, raster to vector sdk
	pcd	irfanview, acd systems canva,s acd systems acdsee, xnview	adobe photoshop с подключаемым модулем kodak photo cd, corel paintshop pro, corel wordperfect	adobe photoshop с подключаемым модулем kodak photo cd, corel paintshop pro
	psd	photoshop, picasa, xnview, irfanview gimp	photoshop, gimp	photoshop, ls image, imagebadger image, gimp
	ico	faststone image viewer, xnview, icofx	inkscape, newera iconcool editor, sibcode sib icon editor, x-icon editor, icofx	inkscape, newera iconcool editor, sibcode sib icon editor, x-icon editor, icofx
	tga	tga viewer, irfanview, acdsee free, autodesk design review, photoshop, gimp, tga tool	tga tool, photoshop, gimp	tga viewer, converter 3plus, raster to vector sdk, gimp xnview google picasa
смешанные	pdf	adobe reader, foxit reader, stdu viewer, xnview, sumatra pdf, expert pdf reader, universal viewer, verypdf pdf editor	infix pdf editor, foxit pdf editor, verypdf pdf editor, pdf nitro pro, adobe acrobat pro	xnview, stdu viewer finereader, nuance pdf converter, sumatra pdf, ls image, advanced pdf to jpg, pdf text word rtf, pdf to dxf jpg tif, verypdf pdf editor , pdftodjvu
	djvu	stdu viewer, irfan view. sumatra pdf, windjvu, universal viewer, abbyy finereader, windjview	djvu editor, document express editor, djvuocr , djvu imager	djvulibre; djvu.ocr; irfan view, finereader, stdu viewer
	eps	coreldraw, adobe illustrator, adobe acrobat, adobe photoshop, imsi turbocad, xnview	adobe illustrator, inkscape, corel draw	xnview, ls image, adobe illustrator, inkscape, corel draw
	mdi	mdi viever. microsoft office document imaging	finereader (распознавание), word adobe illustrator , adobe acrobat x, adobe photoshop, adobe creative suite, adobe photoshop elements, acd systems canvas	mdi2pdf converter, finereader; cuneiform

Следует отметить, что во многих программах установка плагинов дает возможность просмотра и обработки большего числа файлов. Так, например, после установки плагинов Irfan View возможен просмотр следующих форматов: B3D, CAM, CRW, CR2,DCM, ACR, IMA, DDS, DJVU, IW44, DXF, DWG, HPGL, CGM, SVG, ECW, EPS, PS, PDF, FITS, FPX, FSH, G3, HDR, ICS, IMG, JP2, JPC, J2K, JPM, KDC, LDF, LWF, Mac PICT, QTIF, MNG, JNG, MRSID, SID, DNG, EEF, NEF, MRW, ORF, RAF, DCR, SRF, PEF, X3F, NLM, NOL, NGG, PIC, PSP, RAS, SUN, RAW, RLE, SFF, SFW, SGI, RGB, SWF, TTF, WAD, WAL, WBMP, XBM, XPM, MED, MP3, OGG, RA, MOV.

Результаты, приведенные в таблице, имеют практическую значимость и могут служить руководством при выборе программного обеспечения, необходимого для выполнения основных задач при работе с файлами графических форматов: просмотре, обработке, конвертации файлов.

Таким образом, знание файловых форматов и их возможностей является одним из ключевых факторов в допечатной подготовке изданий, подготовке изображений для среды web, в компьютерном графическом дизайне и др. Каждый, из утвердившихся сегодня форматов, прошел естественный отбор, доказал свою жизнеспособность и нужность. Все они имеют какие-то характерные особенности и возможности, делающие их незаменимыми в работе. Знание особенностей формата, тонкостей технологии, алгоритмов и средств преобразований очень важно для качественной обработки изображений.

Список использованной литературы

1. Межгосударственный стандарт ГОСТ 27459-87 «Системы обработки нформации. Машинная графика. Термины и определения».
2. Ватолин, Д.С. Методы сжатия изображений [Текст] / Д.С. Ватолин. - М.: Интернет- Университет Информационных Технологий, 2007. – 175 с.
3. Королев, Ю. И. Инженерная и компьютерная графика [Текст]: учебное пособие. -СПб.: Питер, 2014. – 432 с.
4. Перемитина, Т.О. Компьютерная графика [Текст]: учебное пособие / Т.О. Перемити- на; Томский Государственный Университет Систем Управления и Радиоэлектроники (ТУСУР), Министерство образования и науки Российской Федерации. – Томск: Эль Контент, 2012. – 144 с.
5. Петров, М. Н. Компьютерная графика: учебник для вузов [Текст]/ М. Н. Петров. – 3-е изд. – СПб.: Питер, 2011. – 544 с.