Grafický formát

Grafickým formátem jsou stanovena pravidla a postupy uložení grafických dat v souboru. Dle formátu mohou být do souboru ukládány i další informace, např. náhled obrázku v malém rozlišení (thumbnails), informace o expozici, citlivosti ISO, datu a čase pořízení, a další.

Základní grafické formáty

Grafické formáty je možné hodnotit podle mnoha kritérií (univerzálnost, přesnost, věrnost, kompresní poměr či náročnost na výpočet algoritmu). Základní uváděné členění je na rastrové a vektorové grafické formáty.

Bitmapový/rastrový formát (bitmapová/rastrová grafika)

Ukázka rozdílu vektorové a rastrové grafiky

Data rastrových formátů jsou uložena do matic tvořených pixely (každý pixel obsahuje informace o světlosti a barvě), takže pixelová grafika je plochou tvořenou barevnými body (pixely). Nároky na paměťovou kapacitu rostou s velikostí plochy, rozlišení a barevné hloubky. S rastrovými formáty je možné vytvářet a upravovat "obrázky" v počítačových grafických aplikacích a nabízejí výhodu snadného vygenerování obrázku pomocí běžného snímacího přístroje (fotoaparátu, skeneru, apod.). Záporem mohou být při velkém rozlišení a barevné hloubce velké nároky na ukládací kapacitu. Problematická je také změna velikost obrázku, kdy zvětšení nebo zmenšení vede ke zhoršení obrazové kvality obrázku. Mezi běžné formáty tohoto typu patří:

• JPEG (Joint Photographic Experts Group) - je nejstarším formátem zápisu počítačových souborů, který plně převzali výrobci digitálních fotoaparátů. Jedná se o nejužívanější obrazový formát pro ukládání obrázků s úspornou velikostí ukládaného souboru, kvůli které je formát JPG také často užíván v prostředí webových stránek, emailové komunikace nebo právě při práci s paměťovými kartami fotoaparátů. JPEG umí zobrazovat 24bitové barevné informace. Ukládá soubory ve snížené kvalitě ztrátovou kompresí - tzv. nespojitou kosinovou transformací (Discrete Cosinus Transformation). JPEG dokáže zmenšit velikost grafického souboru o více než 90%, přičemž účinnost komprese se pohybuje mezi 10 : 1 a 40 : 1.
• TIFF/TIF (Tagged Image File Format) - formát firmy Aldus Corporation umožňující bezeztrátové ukládání pomocí komprimační metody LZW. Považuje se za nejkvalitnější formát komerčního užití (zejm. výměna dat mezi grafiky a reprodukčními firmami). Nabízí různé možnosti uložení rastrové grafiky společně s dalšími údaji (název užitého softwaru, typ skeneru). Formát TIFF podporují všechny skenery. Tento formát uložení nabízejí i digitální fotoaparáty střední cenové třídy, které počítají s funkcí uložením nezkomprimované verze snímku. Sám o sobě nemusí prezentovat vyšší kvalitu, většina dalších formátů (mimo JPG) je také bezeztrátových. TIF je nejpřizpůsobivější formát s výjimkou užití na webu. TIFF podporuje 24bitové barvy, ve formátu TIFF je možné ukládat v černobílé, šedé i barevné škále obrázků (Lab, CMYK, RGB)
• FITS (Flexible Image Transport System)
• RAW (Digital Negative) - formát užívaný výrobci kamer a fotoaparátů. Jedná se o tzv. holý nebo surový formát ukládající neupravovaná počítačová data odpovídající původnímu fotografickému záběru. Obraz tak neztrácí na kvalitě a zabírá méně místa než soubor ve formátu TIFF. K načtení formátu RAW je však zapotřebí speciálního programového vybavení poskytnutého většinou výrobcem fotoaparátu.
• PNG (Portable Network Graphics) - vyvinut jako náhrada formátu GIF firmy Unisys. Podporuje 24bitovou barevnou hloubku a nabízí bezeztrátovou komprimaci. Povoluje definici průhlednosti pozadí.
  • formát určený pro ukládání obrázků použitých na webových stránkách umožňující 10-30% bezeztrátovou kompresi. Podporuje i nejrůznější nastavení průhlednosti obrázku.
• GIF (Graphic Interchange Format) - byl vyvinut r. 1987 firmou Unisys. Formát redukuje barevné informace obrázku do palety o maximálně 256 barvách, proto je vhodnější spíše pro ilustrace než pro fotografie. Formát obsahuje metodu bezeztrátové komprimace dat LZW. Pro svou schopnost redukovat barvy je formát použitelný zejména pro ploché obrázky, a ne pro zobrazování fotografií (kde je vhodnější JPEG).
• BMP (Bit Mapped Picture) - obrazový formát u počítačů kompatibilních s Windows a OS/2. BMP může obsahovat obrazové informace o barevné hloubce od 1 bitu až po 24 bitů. Může být komprimován pomocí RLE. Maximální velikost obrázku činí 65536x65536 pixelů.
  • název formátu vznikl zkrácením slova "bitmapa". Formát nezávislý na typu přídavného zařízení je standardním formátem operačního systému Windows.
• WebP - formát společnosti Google vyvinutý jako konkurence v prostředí webu nejrozšířenějšího formátu JPEG, který nabízí ztrátovou i bezeztrátovou komprimaci.

Vektorové formáty (vektorová grafika)

Formáty vektorové grafiky využívají data popisující jednoduché geometrické objekty (křivky, kružnice,) - využívá se tzv. škálování. Grafická informace je zde definována matemeticky definovanými informacemi vypovídajícími o tvaru, tloušťce, barvě a dalších parametrech vektorů (křivek, objektů). Tím se docílí toho, že zvětšování a zmenšování obrázku nevede k zhoršení obrazové kvality. Kompresní poměr je velice úsporný. Mezi běžné formáty tohoto typu patří:

• SVG (Scalable Vector Graphic) - "škálovatelná vektorová grafika" - jazyk, který popisuje dvojrozměrnou grafiku pomocí XML. Výhodou je menší velikost souborů (než u bitmapové grafiky). Formát nabízí nazávislost při volbě rozlišení.
• CDR (CorelDraw File Format)
• HPGL (Hewlett-Packard Graphics Language)

Metaformáty

Mezi tzv. metaformáty jsou řazeny formáty umožňující sloučení textu, vektorové a rastrové grafiky. Mezi známé formáty tohoto typu patří: .

• PS (PostScript) a EPS (Encapsulated PostScript),
• PDF (Portable Document Format) - souborový formát (kontejner) je přednostně určen pro ukládání a šíření vícestránkových dokumentů obsahující text, obrázky, případně vektory. Od počátku byl koncipován pro publikaci dokumentů s vektorovými i s rastrovými obrázky, který nezávisle na softwaru a hardwaru provádí "zapouzdření" ukládaných dat (textů, fontů, grafik, obrázků,..).
• VRML (Virtual Reality Modeling Language) - programovací jazyk pro tvorbu webové grafiky 3D.

Související termíny

• Barevná hloubka - barva je jedním ze základních atributů pro definici obrazu. dává, Barevná hloubka udává, kolik barev se současně na obrazovce může zobrazit:
  • 2 barvy (1 bitová barva, mono color, ...0 = černá a bit 1 = bílá )
  • 16 barev (4 bity)
  • 256 barev (8 bitů)
  • 32 768 barev (15 bitů, low color)
  • 65 536 barev (16 bitů, high color)
  • 16,7 milionů barev (24 bitů, true color, věrné zobrazení)
    • True color - termín "true color" se používá, protože lidské oko je schopno rozlišit 16,7 milionů různých barevných odstínů RGB (256x256x256)
  • 294 967 296 barev (32 bitů, super true color)
  • 281,5 biliónů barev (48 bitů, deep color)

• 

  4 barvy - 2bitová barva

• 

  16 barev - 4bitová barva

• 

  256 barev - 8bitová barva

• 

  65 536 barev - 16bitová barva

• 

  16,7 milionů barev - 24bitová barva

• Barevný model - definuje základní barvy a definuje způsob jejich míchání, aby umožnil všechny možné realitě odpovídající odstíny barev.
  • Míchání barev:
    • Aditivní míchání barev - barevné složky se sčítají a výsledek je světlo větší intenzity. Pracuje se se 3 základními barvami (červenou, zelenou a modrou). Podobá se skládání barevného světla - odpovídá vzájemnému prolínání tří světelných kuželů, které mají filtr odpovídající základní barvě. Na aditivním míchaní barev založené barevné modely používají například monitory a displeje.
    • Subtraktivní míchání barev - každou přidanou barvou se ubírá část původního světla. Odpovídá míchání pigmentových barev. Základní barvy jsou azurová (cyan), purpurová (magenta) a žlutá (yellow); Se subtraktivním způsobem míchání barev pracují např. tiskárny.

• 

  Aditivní míchání barev (červená + zelená + modrá): sčítáním barev vzniká světlo větší intenzity...

• 

  Substraktivní míchání barev (azurová + purpurová + žlutá): každou přidanou barvou se ubírá část původního světla...

• • Příklady základních barevných modelů:
    • HSB - zkratka HSB označuje odstín (hue) + sytost (chroma)+ světlost (brightness). Někdy se také označuje zkratkou HCV - (hue, chroma, value). Vychází se ze způsobu, jakým barvy vnímá lidské oko, díky čemuž se ze všech barevných modelů nejvíce blíží intuitivnímu nastavení.
    • Škála RGB (Red, Green, Blue) - aditivní barevný model pracující s poznatkem, že lidské oko je citlivé na 3 barvy (červenou, zelenou a modrou) a ostatní barvy jsou odvozovány jejich sytostí. U většiny technických zařízení se dosahuje barevného zobrazení součtem hodnot těchto tří základních barev - červené + zelené + modré. Vychází se z principu, že světlo těchto tří barev je vyzařováno do okolí. Barevný model RGB používají zařízení, které světlo vyzařují (monitory, dataprojektory).
    • Systém barev CMYK (Cyan, Magenta, Yellow, blacK) - subtraktivní barvení model z se uplatňuje zejména u reprodukčních zařízení (nejčastěji tiskárny), která barvy tvoří mícháním pigmentů. Barevný model CMYK je tedy optimalizovaný pro reprodukci barev pomocí inkoustu na papíře.
    • Barevná škála Lab - režim "Lab" je na přístroji nezávislá norma, kterou vyvinul r. 1931 úřad Commission de l´Éclaraige. Sestává se z trojice barevných režimů - jednoho kanálu určeného pro regulaci světlosti, jednoho zahrnujícího stupnici od zelené k červené a jednoho se stupnicí od modré ke žluté. Lab je barevně nejširší škálou.
• Komprese/komprimace dat (data compression) - cílem komprese dat je zmenšení objemu původních dat procesem redukce datového toku (bitstream). Dochází k odstraňování méně významných (redundantních) dat, což snižuje nároky na místo v ukládací paměti a umožňuje zrychlení přenosu dat, usnadňuje načítání a zpracovávání dat. Komprimace tedy snižuje nároky na hardware a úložné kapacity. Účinnost komprese se udává pomocí tzv. kompresního poměru, který vypovídá o poměru velikosti výsledných dat vzhledem k datům původním. (vyjadřuje se poměrem - např. 1:2, nebo procentuálně 50%). Podle použitého algoritmu rozeznáváme kompresi ztrátovou a bezeztrátovou:
  • Bezeztrátová komprese (lossless compression) - metody bezeztrátové komprese dat zachovávají vstupní data. Bezeztrátové formáty využívají algoritmus komprimující vstupní data tak, že nedochází k žádné ztrátě vstupních dat.
    • Příklad bezeztrátové komprimační metody:
      • LZW (Lempel-Ziv-Welch) - šetří místo tak, že u hodnot opakujících se u více pixelů, jsou pro skupiny pixelů uvedeny "společné hodnoty".
  • Ztrátová komprese (lossy compression) - při použití ztrátové komprese nelze ze již zkomprimovaných dat rekonstruovat identickou kopii původní předlohy.
    • Příklad bezeztrátové komprimační metody:
      • Nespojitá kosinová transformace (Discrete Cosine Transformation) pracuje s bloky po osmi pixelech.

Grafické formáty jako objekty digitálních sbírek

Kritéria volby grafických formátů při digitalizaci

V současné době existuje celá řada grafických formátů. Proto je nutné v oblasti digitalizace i digitální fotografie rozlišovat data, která chceme dlouhodobě ukládat a chránit od těch, která mají být uchovávána pouze krátkodobě. Zásadní je volba správného druhu kompresního algoritmu a vhodného kompresního poměru (stupně komprese). Důležitými aspekty volby vhodného formátu může být:

• Životnost (lifespan) formátů
• Kapacita dostupných úložišť
• Strategie dlouhodobé ochrany digitálních dokumentů

Ve studii Národní knihovny Nizozemska je využita metodika vyvinutá k hodnocení formátů z hlediska jejich vhodnosti jako formátů dlouhodobého uchování:

• otevřenost (openness)
• implementace (adoption)
• komplexita (complexity)
• mechanisms ochrany (digital rights management, DRM)
• dokumentace (self-documentation)
• odolnost proti chybám (robustness)
• závislosti (dependencies)

Strategie dlouhodobé ochrany

Sféra ochrany digitálního dědictví rozebírá dlouhodobé strategie a tuto oblast je možné členit do čtyř kategorií:

• Strategie technologické roviny - výběr vhodných nosičů, bitová ochrana a např. konzervace či zálohování.
• Strategie informační roviny - zapouzdření, DRS, emulace, UVC, formátová strategie, metadatová strategie ad.
• Strategie systémové roviny - softwarová řešení pro dititální repozitáře, infrastruktura trvalé identifikace, dlouhodobý management digitálních práv ad.
• Strategie institucionální roviny - certifikační a auditní nástroje, ekonomické modely, motivační mechanismy, plánování ad.

Formátová strategie

Grafické formáty pro archivaci

Podle studie vzniklé pro budování floridského vysokoškolského digitálního archivu vzniklo členěnění formátů do tří skupin podle spolehlivosti. Pro dlouhodobé uchování se hodí formáty s vysokou úrovní spolehlivosti. Platí pro ně:

• specifikace a veškeré údaje jsou veřejně dostupné,
• data jsou nekomprimovaná nebo používají bezeztrátovou kompresí,
• formát je neproprietární,
• formát dodržuje publikované mezinárodní standardy.

Formáty vhodné pro účely ukládání a archivaci digitalizovaných dokumentů

• Formáty pro ukládání rastrové obrazové informace s vysokou úrovní spolehlivosti:
  • TIFF (tif, tiff) (bezeztrátový)
  • JPEG 2000 (jp2) (bezeztrátový)
  • PNG (png)
• Formáty pro ukládání textové informace s vysokou úrovní spolehlivosti:
  • Text (txt), (kódování: US-ASCII, UFT-8, UTF-16, s BOM)
  • PDF/A-1 (pdf) (ISO 19005-1),
  • PDF/A-2 (pdf) (ISO 19005-2:2011)
  • XML (XSD/XSL/XHTML atd.)

Formáty vhodné pro zpřístupňování digitalizovaných dokumentů

Formáty vhodné pro zpřístupňování/zobrazování digitálních či digitalizovaných dokumentů:

• TIFF - pro bitonální reprezentace (1 bit (1 kanál))
• GIF (verze 89a) - pro obrázky s malým počtem barev (8 bitů (RGB))
• JPEG/JFIF - pro plnobarevné obrázky (24 bitů (RGB))
• PDF - pro reprezentace vzniklé v digitální podobě, naskenované dokumenty (48 bitů (RGB))
• PNG - pro obrázky s malým počtem barev, plnobarevné obrázky
• DjVu - pro naskenované dokumenty (24 bitů (RGB))
• JPEG 2000 - pro obrázky s malým počtem barev, plnobarevné obrázky, reprezentace vzniklé v digitální podobě, naskenované dokumenty (48 bitů (RGB))
• WebP - pro plnobarevné obrázky (24 bitů (RGB))

Tabulka grafických formátů (abecední řazení)

Formát	Typ	'Barevná hloubka'	Barevný prostor	Komprese	Kompresní algoritmus	Proprietárnost	Podpora webových prohlížečů
BMP	rastrový	1 bit 1, 4, 8, 16 bitů, 24 bitů RGB, 32 bitů GRB	RGB	bezeztrátová	žádný, RLE	ano, Microsoft neuplatňuje nárok	nativní podpora (Google Chrome, Internet Explorer, Mozila Firefox, Safari, Opera)
DjVu	rastrový	1 bit (bitonal), 1, 8 bitů (indexed color), 8 bitů (grayscale), 24 bitů (RGB color)	převod z grayscale a RGB do Y'CbCr	ztrátová	podobný kompr. algoritmu bzip2, IW44, JB2,...	ne	plugin (Google Chrome, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera), nativní podpora (Safari)
FITS	rastrový (metaformát)	není omezena		není využívána	není používán	ne	nepodporuje ho (Google Chrome, Internet Explorer, Mozila Firefox, Safari, Opera)
GIF	rastrový	1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 bitů - (indexed color) možnost rozladu barev pomocí tzv. ditheringu	RGB	bezeztrátová	LZW	ne	nativní podpora (Google Chrome, Internet Exprorer, Mozilla Firefox, Safari, Opera)
JPEG	rastrový	8-16 bitů na kanál - grayscale, 24 bitů RGB - color	RGB, grayscale, převod z grayscale, RGB na Y'CbCr, převod z CMYK na Adobe YCCK	ztrátová - sekvenční, progresivní, hierarchická, bezeztrátová - prediktivní	ztrátový (DCT - diskrétní kosinová transformace, RLE (run-length encoding), VLC (kódování s proměnnou délkou) + Huffmanovo kódování), bezeztrátový - DPCM	ne	nativní podpora (Google Chrome, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Opera)
JPEG 2000	rastrový	1 bit /bitonal), MRC (JBG, JBIG2), 1, 8 bitů (indexed color), MRC (JBIG2), 8, 16 bitů (grayscale), 24, 48 bitů RGB	převod z grayscale, RGB, CMYK, Lab do Y'CbCr (ztrátový), převod z grayscale, RGB, CMYK, Lab do YUV (bezeztrátový)	bezeztrátová/ ztrátová	diskrétní vlnková transformace JPEG 2000	ne, části specifikace ano	plugin (Google Chrome, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera), nativní podpora (Safari, Konquer)
PDF	vektorový/ rastrový	PDF 1.4: 1, 2, 4, 8 bitů na kanál, PDF 1.7: 1, 2, 4, 8, 16 bitů na kanál (při využití formátu JPEG 2000 až 48 bitů)	grayscale, RGB, CMYK	bezeztrátová	ASCII85, ASCIIHex, Flate, LZW, RLD, DCT, FaxGroup 3 a 4, JBIG2, JPX	ne	plugin (Mozilla Firefox, Opera, Internet Explorer), nativní podpora - (Mac (Safari), Google Chrome)
PDF/A	vektorový/ rastrový	PDF/A-1: 1, 2, 4, 8 bitů na kanál PDF/A-2: 1, 2, 4, 8, 16 bitů na kanál (při využití formátu JPEG 2000 48 bitů)	omezení na barevné prostory s odpovídajícím profilem ICC v souboru, který je namapován na standardní barevný prostor nezávislý na zařízení (PDF/A nedovoluje míchání barevn. prostorů RGB a CMYK)	bezeztrátová/ ztrátová	JPEG, JP2	ne	plugin (Internet Explorer, Mozila Firefox, Opera), nativní podpora (Google Chrome, Safaxi)
PDS	rastrový/ vektorový	1 bit (bitonal), 1, 2, 4, 8 bitů (indexed color), 8, 16 bitů (grayscale), 24, 32, 48, 64 bitů RGB	grayscale, duotone, indexed color, RGB, CMYK, Lab color, multichannel	bezeztrátová	žádný / RLE	ano	nepodporuje (Google Chrome, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Opera)
PNG	rastrový	1 bit (bitonal) 1, 2, 4, 8 bitů (indexed color) 8, 16 bitů (grayscale) 24, 32, 48, 64 bitů (RGB color)	line art, grayscale, indexed color, RGB	bezeztrátová	ZIP - Deflate využívající LZ 77 v kombinaci s Huffmanovým kódováním	ne	nativní podpora (Google Chrome, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Opera)
RAW	rastrový (metaformát)	12-14-16 bitů na kanál, tedy 32-48 bitů RGB	není definován	nevyužívá	nevyužívá	ano (každý výrobce si upravuje specifikaci)	nepodporuje (Google Chrome, Internet Explorer, Mozilla Firefox, Safari, Opera)
TIFF	rastrový (může obsahovat vektory a text)	' 1 bit, 1-8 bitů, 8-16 bitů,		bezeztrátová/ ztrátová	žádná/Pack Bits, Huffman RLE, Daflate, LZW, JPEG2000, RAW, JBIG, OJPEG, CCITT FAX G3 aG4, JPEG a další	ne	'plugin' (Google Chrome, Internet Explorer, Mozila Firefox, Opera), nativní podpora (Safari)
WebP	rastrový	24 bitů RGB	z RGB do YUV	ztrátová/bezeztrátová	Walsh-Hadamardovo transformací a DCT	ne	nativní podpora (Google Chrome, Safari, Android), plugin(Internet Explorer, Mozilla Firefox, Opera)

Odkazy

Doporučená literatura

• CUBR, Ladislav. Strategie ochrany digitálních dokumentů. Praha, 2009. 141 s. Diplomová práce. Univerzita Karlova v Praze, Filozofická fakulta, Ústav informačních studií a knihovnictví. Dostupný z: https://is.cuni.cz/webapps/zzp/detail/76146/.
• FREEMAN, Michael. Průvodce světem digitální fotografie. 1. české vyd. Praha: Svojtka, c2004, 224 s.
• NAVRÁTIL, Pavel. Počítačová grafika a multimédia. Vyd. 1. Kralice na Hané: Computer Media, 2007, 112 s. ISBN 978-80-86686-77-6.
• VYCHODIL, Bedřich. Obrazové dokumenty. Praha, 2007. 132 s. Diplomová práce (Mgr.). Univerzita Karlova v Praze, Filozofická fakulta, Ústav informačních studií a knihovnictví. Vedoucí práce PhDr. Richard Papík, Ph.D.
• VYCHODIL, Bedřich. Produkce digitálních obrazových dat a jejich kontrola [Digital Images Production and Quality Control]. Praha, 2013. 324 s. Disertační práce. Univerzita Karlova v Praze, Filozofická fakulta, Ústav informačních studií a knihovnictví. Vedoucí disertační práce doc. RNDr. Jiří Souček, DrSc.

Externí odkazy

• Grafický formát dat (TDKIV)
• www.scantips.com/basics09.html
• Grafika.borec.cz
• cs.wikipedia.org/wiki - Grafický formát
• cs.wikipedia.org/wiki/ - Vektorová grafika
• en.wikipedia.org/wiki/ - Vector graphics
• sites.google.com/site/xgrafika/graficke-formaty
• www.legacyczech.com/help/image_format_basics.htm
• FLVC - Florida Virtual Campus

Související články

• Základní principy digitální reprezentace obrazových informací/old
• Digitalizace
• Digitální knihovna
• Dlouhodobá ochrana digitálních dokumentů
• Rozdíl mezi elektronickou a tištěnou prezentací grafiky
• Rozdíl mezi elektronickou a tištěnou prezentací grafiky/old
• Reprezentace a vytváření barev
• Reprezentace a vytváření barev/old
• Principy vnímání barev - fyzikální a fyziologická omezení
• Základy reprezentace trojrozměrného prostoru v počítači

Klíčová slova

grafické formáty, obrazové formáty, digitalizace, digitální sbírkyZpracování informací a informační servis

			Článek byl zkontrolován učitelem
			Tento článek byl zkontrolován učitelem, poté však byl změněn.