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图像文件格式

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图像文件格式是组织和存储数字图像的标准化手段。图像文件由其中一种格式的数字数据组成，可以光栅化以在计算机显示器或打印机上使用。图像文件格式可以以未压缩、压缩或矢量格式存储数据。一旦光栅化，图像就变成了像素网格，每个像素都有若干比特来指定其颜色，从而与显示它的设备的颜色深度相同。

1 图像文件大小编辑

光栅图像文件的大小与图像中的像素数和颜色深度(每像素位数)正相关。然而，图像可以用各种方式压缩。压缩算法将原始图像的精确表示或近似存储在较小数量的字节中，这些字节可以用相应的解压缩算法扩展回其未压缩的形式。具有相同像素数和颜色深度的图像可能有非常不同的压缩文件大小。考虑到两幅图像完全相同的压缩、像素数和颜色深度，由于压缩算法的性质，原始图像不同的图形复杂性也可能导致压缩后文件大小非常不同。对于某些压缩格式，不太复杂的图像压缩文件可能较小。这种特性有时会使某些无损格式的文件小于有损格式。例如，图形简单的图像(即具有像线条艺术或动画序列这样大的连续区域的图像)可以无损地压缩成GIF或PNG格式，并且比有损JPEG格式文件更小。

例如，具有24位颜色的640 * 480像素图像将占据几乎1兆字节的空间:

640 * 480 * 24 = 7，372，800位= 921，600字节= 900 kB

对于矢量图像，文件大小仅随着矢量的增加而增加。

2 图像文件压缩编辑

有两种类型的图像文件压缩算法:无损压缩和有损压缩。

无损压缩算法减小了文件大小，同时保留了原始未压缩图像的完美副本。无损压缩通常比有损压缩的文件更大（但也有个别情况）在编辑图像时，应该使用无损压缩来避免重新压缩阶段的重复。

有损压缩算法保留了原始未压缩图像的表示，它可能看起来是完美的副本，但不是完美的副本。通常有损压缩的文件比无所压缩的更小。大多数有损压缩算法以图像质量的降低换得文件大小的减少，从而实现可变压缩。

3 主要图形文件格式编辑

包括专有类型在内，总共有数百种图像文件类型。互联网上的图像显示格式通常为The PNG、JPEG和GIF。下面列出并简要描述了其中一些图形格式，分为两大类图形:光栅和矢量。

除了直接图像格式之外，图元文件格式是一种可移植格式，其包括光栅和矢量信息。独立于应用程序的格式有WMF和EMF。图元文件格式是一种中间格式。大多数应用程序打开元文件，然后以自己的原生格式保存它们。页面描述语言是指用于描述文本、对象和图像的打印页面版面的格式。例如PostScript、PDF和PCL。

3.1 光栅格式

JPEG/JIF

JPEG是一种有损压缩方法；JPEG压缩图像通常以JIF(JPEG文件交换格式)文件格式存储。JPEG/JIF文件扩展名是JPG或JPEG。几乎每个数码相机都可以保存JPEG/JIF格式的图像，该格式支持8位灰度图像和24位彩色图像(红色、绿色和蓝色各8位)。JPEG将有损压缩应用于图像，这可以显著减小文件大小。应用程序可以确定应用的压缩程度，压缩量会影响视觉质量的结果。当压缩不太大时，不会明显影响或降低图像质量，但JPEG文件在重复编辑和保存时会经历不断退化。(JPEG还提供无损图像存储，但无损版本不受广泛支持。)

JPEG 2000

JPEG 2000是支持无损和有损存储的压缩标准。使用的压缩方法不同于标准JIF/JPEG中的压缩方法；它们提高了质量和压缩比，但也需要更高的计算能力来处理。JPEG 2000还添加了JPEG中缺少的功能。它并不像JPEG那样常见，但它目前被用于专业电影编辑和发行(例如，一些数字影院对单个电影帧使用JPEG 2000)。

Exif

Exif(可交换图像文件格式)是一种文件标准，类似于带有TIFF扩展名的JIF格式；它包含在大多数相机中使用的JPEG编写软件中。其目的是记录和标准化数码相机与编辑和查看软件之间的图像元数据交换。元数据用于记录单个图像，包括记录相机设置、时间和日期、快门速度、曝光、图像大小、压缩、相机名称、颜色信息等。当图像被图像编辑软件查看或编辑时，可以显示所有这些图像信息。

实际的Exif元数据本身可以在不同的主机格式中运行，例如TIFF、JFIF或PNG。IFF-META则是另一个例子。

TIFF

TIFF(标记图像文件格式)格式是一种灵活的格式，通常使用TIFF或TIF文件扩展名，分别为24位和48位总计节省8位或每种颜色16位。每种颜色（红色，绿色，蓝色），标签结构被设计成易于扩展，许多供应商引入了专有的特殊用途标签——其结果是没有一个阅读器能处理所有类型的TIFF文件。TIFF可以是有损的或无损的，这取决于存储像素数据所选择的技术。有些TIFF为双层(黑白)图像提供相对较好的无损压缩。一些数码相机可以用TIFF格式保存图像，使用LZW压缩算法进行无损存储。网络浏览器并不广泛支持TIFF图像格式。TIFF在印刷行业被广泛视为照片文件标准。TIFF可以处理设备特定的色彩空间，例如有一组特定的印刷机油墨的CMYK。OCR光学字符识别软件包通常为扫描的文本页面生成某种形式的TIFF图像(通常是单色的)。

GIF

图形交换格式(GIF)在正常使用中仅限于8位调色板，即256种颜色(而24位颜色深度在技术上是可能的)。[1][2]GIF最适合存储颜色较少的图形，如简单的图表、形状、徽标和卡通风格的图像，因为它使用LZW无损压缩，而这在有大面积单一颜色时效果更好，而对于照片或抖动图像效果较差。由于GIF的简单性和较长使用时间，它能在大多数软件中运行。由于它的动画能力，它仍然被广泛用于提供图像动画效果，尽管与现代视频格式相比，它的压缩率较低。

BMP

BMP文件格式(视窗位图)处理微软windows操作系统中的图形文件。通常，BMP文件是未压缩的，因此文件通常很大且无损；它们的优点是结构简单，在windows程序中被广泛应用。

PNG

PNG(便携式网络图形)文件格式是作为GIF的更自由和更开源的替代物而衍生的。PNG文件格式支持8位调色板图像(所有调色板颜色都有可选的透明度)和24位真彩色(1600万种颜色)或48位真彩色（包含或不包含阿尔法通道），而GIF只支持256种颜色和单一透明颜色。

与JPEG相比，当图像具有大的、均匀颜色的区域时，PNG表现出色。即使对于照片来说，JPEG通常是最终分配的选择，因为其压缩技术通常会产生的文件较小——由于其无损压缩的属性，PNG仍然非常适合在编辑过程中存储图像。

PNG为GIF提供了一个专利免费的替代品(尽管GIF本身现在也是专利免费的)，它也可以替代TIFF的许多常见用途。支持索引色、灰度和真彩色图像，以及可选的alpha通道。 Adam7扫描允许早期预览，即使只传输了一小部分图像数据。PNG可以存储伽马和色度数据，以改善异构平台上的颜色匹配。

PNG可在在线观看应用（比如网络浏览器）上运行良好，并且可以通过渐进式显示选项完全流式传输。PNG 功能强大，它提供文件完整性的全面检查和对常见传输错误的简单检测。

源自PNG的动画格式是MNG和APNG。后者得到Mozilla Firefox和Opera的支持，并且随后能与PNG兼容。

PPM、PGM、PBM和PNM

Netpbm格式是一个系列，包括可移植位图文件格式(PPM)、可移植灰度图文件格式(PGM)和可移植位图文件格式(PBM)。这些文件要么是纯ASCII文件，要么是带有ASCII头的原始二进制文件，提供非常基本的功能，并作为不同平台之间转换位图、灰度图或位图文件的最低公分母。一些应用程序将其统称为PNM(“便携式任意地图”)。

WebP

WebP是一种新的开放图像格式，使用无损和有损压缩。它是由谷歌设计的，旨在减小图像文件的大小，以加快网页加载速度:它的主要目的是取代JPEG作为网上照片的主要格式。WebP基于VP8的帧内编码，并使用基于RIFF的容器。

HDR光栅格式

大多数典型的光栅格式不能存储HDR数据(每个像素分量32位浮点值)，这就是为什么一些相对较旧或复杂的格式在这里仍然占主导地位，值得单独提及。不过，新的替代品正在出现。RGBE是源自Radiance（美国伯克利实验室开发的专业计算机光学模拟软件）的HDR图像格式，也受Adobe Photoshop支持。JPEG-HDR是杜比实验室的一种文件格式，类似于RGBE编码，标准化为JPEG XT第2部分。

JPEG XT Part 7支持使用以四个配置文件（A-D）编码的增强层对基本8位JPEG文件中的浮点HDR图像进行编码;  概要文件A基于网格管理中的RGBE格式，概要文件B基于XDepth格式。

HEIF

高效图像文件格式(HEIF)是在 ISO基媒体文件格式的基础上由MPEG标准化的图像容器格式。虽然HEIF可以用于任何图像压缩格式，但HEIF标准规定了利用图像间预测存储HEVC帧内编码图像和HEVC编码图像序列。

BAT

BAT最佳可得技术由斯高柏微系统公司发布到公共领域。JPEG文件的“官方”文件格式是静态图片交换文件格式(SPIFF)，但在发布时，BAT已经获得了广泛的认可。SPIFF具有ISO标识10918-3，能提供比JPEG/BAT更通用的压缩、色彩管理和元数据容量，但它几乎没有支持。它可能被JPEG 2000 / DIG 2000取代：ISO SC29 / WG1，JPEG  - 信息链接。 数字影像集团，“JPEG 2000和DIG：兼容性图片”。  

BPG

BPG(更好的可移植图形)是一种新的图像格式。其目的是在质量或文件大小有问题时替换JPEG图像格式。它的主要优点是:

高压缩比。类似质量的文件比JPEG小得多。

  • 大多数网络浏览器都支持小型Javascript解码器(gzipped size: 76 KB)。
  • 基于HEVC开放视频压缩标准的子集。
  • 支持与JPEG相同的色度格式(灰度、YCbCr 4:2:0、4:2:2、4:4:4)，以减少转换过程中的损耗。支持alpha通道。还支持RGB、YCgCoand和CMYK颜色空间。
  • 每通道8至14位原生支持，可实现更高的动态范围。
  • 支持无损压缩。
  • 可以包含各种元数据（例如EXIF）。

其他光栅格式

  • DEEP（TVPaint使用的IFF风格的格式）
  • DRW(绘图文件)
  • ECW（增强小波图像压缩）
  • FITS（灵活图像传输系统）- 天文学界常用的数据格式
  • FLIF(免费无损图像格式)-一种正在进行的无损图像格式，它声称在压缩比方面优于PNG、无损WebP、无损BPG和无损JPEG2000。它使用MANIAC(元自适应近零整数算术编码)熵编码算法，这是CABAC(自适应二进制算术熵编码)熵编码算法的变体。
  • ICO，一个或多个图标的容器(BMP和/或PNG的子集)
  • ILBM (IFF风格格式，平面表示最高32位，外加可选的64位扩展)
  • IMG (ERDASIMAGINE图像)
  • IMG(图形环境管理器)图像文件；平面、行程长度压缩算法)
  • JPEG XR（基于微软高清照片的新JPEG标准）
  • 显微镜图像处理的分层图像文件格式
  • Nrrd（几乎原始的光栅数据）
  • PAM(便携式任意地图)是PBM格式的新成员
  • PCX(Personal Computer eXchange)美国佐治亚州的ZSoft公司所开发的PC Paintbrush软件的文件格式，但已过时
  • PGF(渐进式图形文件)
  • PLBM-平面位图，专有Amiga格式
  • SGI
  • SID多分辨率无缝图像数据库
  • Sun Raster格式是一种过时的格式
  • TGA (TARGA)，已过时
  • VICAR文件格式(美国宇航局/JPL图像传输格式)
  • XISF（可扩展图像序列化格式）

光栅图形编辑器的容器格式   

这些图像格式包含各种图像、层和对象，最终图像将由这些部分组成

  • AFPhoto（亲和照片文件）
  • CD5（Chasys绘制图像）
  • CPT（Corel Photo Paint）
  • PSD（Adobe PhotoShop文档）
  • PSP（Corel Paint Shop Pro）
  • XCF（eXperimental计算设施格式，本机GIMP格式）
  • PDN（Paint Dot Net）

3.2 矢量格式

与上述光栅图像格式(其中数据描述每个像素的特征)相反，矢量图像格式包含几何描述，该几何描述可以以任何所需的显示尺寸平滑地呈现。

在某些时候，所有矢量图形必须光栅化才能显示在数字监视器上。矢量图像也可以用模拟阴极射线管技术显示，例如在一些电子测试设备、医疗监视器、雷达显示器、激光显示和早期视频游戏中使用的技术。绘图仪是使用矢量数据而不是像素数据来绘制图形的打印机。

CGM

CGM（计算机图形元文件）是2D矢量图形、光栅图形和文本的文件格式，由ISO / IEC 8632定义。可以在文本源文件中指定所有图形元素，该文件可以编译成二进制文件或两种文本表示之一。CGM（计算机图形元文件）提供了一种图形数据交换方法，用于独立于任何特定应用、系统、平台或设备的2D图形信息的计算机表示。在某种程度上，它已被应用于技术插图和专业设计领域，但在很大程度上已被SVG和DXF等格式所取代。

Gerber格式(RS-274X)

Gerber格式(又名扩展的Gerber，RS-274X)是由Gerber系统公司(现为Ucamc公司)开发的，是一种2D双层图像描述格式。它是印刷电路板或印刷电路板软件使用的事实上的标准格式。它还广泛应用于其他需要高精度2D双层图像的行业。[3]

SVG

SVG(可缩放矢量图形)是一个开放标准，由万维网联盟创建和开发，旨在满足网络和其他方面对通用、可脚本化和通用矢量格式的需求(以及几家公司的尝试)。SVG格式没有自己的压缩方案，但是由于XML的文本性质，可以使用gzip等程序压缩SVG图形。由于其脚本编写潜力，SVG是网络应用程序中的一个关键组件:外观和行为都像应用程序的交互式网页。

其他2D矢量格式

  • AFDesign（Affinity Designer文档）
  • AI（Adobe Illustrator艺术作品）
  • CDR（CorelDRAW）
  • DrawingML
  • GEM元文件（由图形环境管理器VDI子系统解释和编写）
  • 图形布局引擎
  • HPGL，在Hewlett-Packard绘图仪上引入，但推广到打印机语言
  • HVIF（Haiku矢量图标格式）
  • MATHML
  • NAPLPS（北美表示层协议语法）
  • ODG（OpenDocument Graphics）
  • ！DRAW，一种用于RISC-OS计算机系统的原生矢量图形格式（在几个向后兼容版本中），由Acorn在20世纪80年代中期开始，至今仍然存在于该平台上
  • 精确图形标记语言，W3C提交未被采纳为推荐。
  • PSTricks和PGF / TikZ是用于在TeX文档中创建图形的语言。
  • QCC，由Quilt EZ的Quilt Manager用于设计摘录。
  • ReGIS，由DEC计算机终端使用
  • 远程成像协议
  • VML（矢量标记语言）
  • Xara的矢量应用程序中使用的Xar格式
  • XPS（XML文件格式规范）

三维矢量格式

  • AMF - 附加文件制造格式
  • Astmptote——一种将TeX提升到3D的语言。
  • .blend - Blender
  • COLLADA
  • .dgn
  • .dwf
  • .dwg
  • .dxf
  • eDrawings
  • .flt - OpenFlight
  • FVRML -和FX3D，VRML和X3D的基于函数的扩展
  • HSF
  • IGES
  • IMML-沉浸式媒体标记语言
  • IPAJT
  • .MA（Maya ASCII格式）
  • .MB（Maya二进制格式）
  • .OBJ（别名: Wavefront文件格式）
  • OpenGEX - 开放式游戏引擎交换
  • PLY
  • POV-Ray场景描述语言
  • PRCSTEPSKP•STL  - 立体光刻格式U3D -通用3D文件格式
  • VRML-现实建模语言
  • XAML
  • XGL
  • XVL
  • xVRML
  • X3D
  • .3D
  • .3DF
  • .3DM
  • .3ds - Autodesk 3D工作室
  • .3DXML
  • X3D-Xara 3D应用中使用的矢量格式

3.3 复合格式

这些格式包含像素和矢量数据，以及可能的其他数据，例如PDF的交互功能。

封装的附言

  • EPS（Encapsulated PostScript）
  • PDF（可移植文档格式）
  • PostScript，一种具有强大图形功能的页面描述语言
  • PICT（经典Macintosh QuickDraw文件）
  • WMF / EMF（Windows图元文件/增强型图元文件）
  • SWF（Shockwave Flash）
  • XAML用户界面语言，使用图像的矢量图形。

3.4 立体声格式

  • MPO多画面对象（.mpo）格式由多个JPEG图像（相机与影像产品协会）（CIPA）组成。
  • PNS PNG立体声（.pns）格式包含基于PNG（便携式网络图形）的并排图像。
  • JPS JPEG立体声（.jps）格式包含基于JPEG的并排图像格式。

参考文献

  • [1]

    ^Andreas Kleinert (2007). "GIF 24 Bit (truecolor) extensions". Archived from the original on 16 March 2012. Unknown parameter |accessdata= ignored (help).

  • [2]

    ^Philip Howard. "True-Color GIF Example". Archived from the original on 22 February 2015. Retrieved 23 March 2012..

  • [3]

    ^"Gerber File Format Specification"..

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