چگونگی ذخیره انواع داده های تصویری

به گزارش خبرنگار فضای مجازی گروه علمی فرهنگی هنری خبرگزاری صدا و سیما ، شاید در نگاه اول تصاویر دیجیتال سابقه چندانی نداشته باشند، اما در واقعیت این‌طور نیست. با این‌که نخستین دوربین دیجیتال سال ۱۹۷۵ تولید شد، اما این دوربین نخستین تصویر دیجیتال را تهیه نکرد؛ بلکه این آغاز به حدود ۶۰ سال پیش و سال ۱۹۵۷ برمی‌گردد که فردی به نام راسل کرش تصویری دیجیتال با ابعاد ۱۷۵ در ۱۷۵ از پسر سه‌ماهه‌اش درست کرد.

 

 

 

البته ابعاد تصویر در آن زمان نمی‌توانست بیش از این باشد، زیرا داده‌ای بیش از آن در رایانه‌های وقت جا نمی‌شد. از آن زمان تاکنون دنیای تصاویر دیجیتال شاید بیشتر از هر زمینه دیگری تغییرات داشته و فرمت‌ها و فشرده‌سازی‌های گوناگونی برای ذخیره‌سازی و نمایش آن ارائه شده است.

 

 

 

 

داده‌های تصویر دیجیتال می‌تواند به سه حالت در یک فایل ذخیره شود: به‌صورت غیرفشرده، فشرده و برداری. دو حالت اول را تحت یک نام و به‌صورت تصاویر شطرنجی (raster images) می‌شناسند. البته باید توجه داشت در نهایت تمام تصاویر هنگام نمایش به شبکه‌ای از نقاط رنگی (پیکسل‌ها) تبدیل می‌شوند که داده‌های هر پیکسل در تعدادی بیت ذخیره می‌شود که نشانگر رنگ و عمق رنگی آن است.

 

 

اما این‌که آیا در فایل نیز این اطلاعات به‌صورت همین شبکه‌ای یا به‌صورت برداری ذخیره شود، تفاوت میان دو خانواده از فرمت‌ها، یعنی تصاویر شطرنجی و تصاویر برداری را معین می‌کند. در تصاویر برداری، اطلاعات تصویر به‌صورت یک توصیف هندسی ذخیره می‌شود: مثلا این تصویر شامل یک دایره و یک مربع داخل هم است. این نوع ذخیره‌سازی سبب می‌شود تصاویر برداری قابل نمایش دقیق و با کیفیت روی هر صفحه و با هر اندازه‌ای باشد.

 

فرمت‌های فشرده‌سازی تصاویر مانند فرمت‌های صوتی به دو نوع اتلافی (lossy) و غیراتلافی (lossless) تقسیم می‌شود. در الگوریتم‌های فشرده‌سازی غیراتلافی، اندازه فایل تصویر با فشرده‌سازی به گونه‌ای کاهش می‌یابد که تمام اطلاعات تصویر اصلی حفظ شود. البته این کار به قیمت تصاویر با اندازه بزرگ‌تری نسبت به فشرده‌سازی اتلافی خواهد بود. در فشرده‌سازی اتلافی، هدف اصلی کاهش هرچه بیشتر اندازه فایل است و با این‌که در این تصاویر نیز اطلاعات تصویر تا حد بسیار خوبی حفظ می‌شود، اما تصویرِ به دست آمده یک کپی کامل از تصویر اصلی نخواهد بود.

 

 

 

 

کسی نیست که نام BMP یا Bitmap را نشنیده باشد. این فرمت را مایکروسافت برای ذخیره فایل‌های گرافیکی در ویندوز طراحی کرده و بسیار ساده است. همان‌طور که از نام این فرمت هم مشخص است، اطلاعات هر پیکسل به همان صورت که هست ذخیره می‌شود. در نتیجه فایل‌های BMP کاملا غیرفشرده است؛ البته با اندازه بزرگ! تنها مزیت این فرمت، سادگی و قابلیت نمایش آن در همه‌جاست.

 

 

 

در این‌که JPEG مشهورترین و پرطرفدارترین فرمت ذخیره‌سازی تصاویر است، شکی نیست. تقریبا تمام دوربین‌های دیجیتال تصاویر را به JPEG ذخیره می‌کنند و دستگاهی نیست که توانایی نمایش این تصاویر را نداشته باشد. این فرمت که سال ۱۹۹۲ عرضه شده است، یک فرمت فشرده‌سازی اتلافی به شمار می‌آید که از تصاویر رنگی ۲۴ بیت (هشت بیت برای هر کدام از سه رنگ قرمز، آبی و سبز) پشتیبانی می‌کند. با توجه به اتلافی بودن این فرمت، اندازه فایل‌های JPEG تا حد بسیار زیادی پایین است. البته میزان فشرده‌سازی تصویر اصلی توسط برنامه فشرده‌سازی قابل تعیین است.

 

 

 

برادر کوچک‌تر فرمت JPEG با قابلیت پشتیبانی از فشرده‌سازی اتلافی و غیراتلافی سال ۲۰۰۰ عرضه شد، اما نگذارید شباهت اسمی شما را به اشتباه بیندازد: روش‌های فشرده‌سازی که در این فرمت به کار رفته، با استاندارد JPEG متفاوت است. این روش‌ها تصاویر را با کیفیت و فشرده‌سازی بیشتری ذخیره می‌کنند، اما به چه قیمتی؟ تصاویر JPEG ۲۰۰۰ نیاز به قدرت محاسباتی بیشتری برای پردازش دارند. علاوه بر این، فرمت JPEG ۲۰۰۰ ویژگی‌های دیگری نیز نسبت به JPEG دارد: مقاومت بیشتر در مقابل خطا، پشتیبانی از تصاویر HDR و .... با این‌که این فرمت هیچ گاه نتوانست به محبوبیت برادر بزرگ‌ترش برسد، اما امروزه در تدوین و توزیع حرفه‌ای فیلم‌ها و تصاویر بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

 

 

Tagged Image File Format) TIFF) یک فرمت انعطاف‌پذیر است که معمولا تصاویر را به‌صورت ۲۴ یا ۴۸ بیت بابت هر پیکسل (هشت یا ۱۶ بیت برای هر رنگ) ذخیره می‌کند. نکته اصلی این فرمت، ساختار برچسب‌دار (tagged) آن است که قابلیت توسعه زیادی به آن می‌دهد. بر این اساس، شرکت‌های زیادی برچسب‌های خاص برای تصاویر خودشان معرفی کرده‌اند که البته نتیجه این شده است که هیچ دستگاه خواننده‌ای نمی‌تواند همه انواع فایل‌های TIFF را بخواند! فشرده‌سازی فرمت TIFF می‌تواند هم به‌صورت اتلافی و هم غیراتلافی باشد و فشرده‌سازی غیراتلافی بسیار خوبی بخصوص در مورد تصاویر سیاه‌وسفید ارائه می‌کند.

 

 

 

برخی دوربین‌های دیجیتال می‌توانند تصاویر را با این فرمت (به کمک الگوریتم فشرده‌سازی LZW) به‌صورت غیراتلافی ذخیره کنند که کیفیت بیشتری نسبت به تصاویر JPEG خواهد داشت. اما مزیت اصلی TIFF هیچ‌کدام از این‌ها نیست؛ این فرمت یکی از اصلی‌ترین فرمت‌ها در صنعت چاپ به شمار می‌آید. دلیل آن هم پشتیبانی آن از فضا‌های رنگی مخصوص دستگاه‌های مختلف است.

 

 

 

بیشتر کاربران هنگامی که نام این فرمت را می‌شوند، یاد تصاویر متحرک در اینترنت می‌افتند، اما این فرمت قابلیت‌هایی فراتر از تصاویر متحرک دارد و نباید آن را فقط در آن قالب شناخت. فرمت Graphics Interchange Format) GIF) فرمتی با سابقه‌ای ۳۰ ساله است که امکان پشتیبانی تصاویر از هشت تا ۲۵۶ بیت را دارد. این فرمت به دلیل استفاده از الگوریتم فشرده‌سازی (LZW که حداکثر کارایی را برای مناطق بزرگ تک‌رنگ دارد) برای تصاویری گرافیکی که حداقل رنگ‌ها را داشته باشد بسیار مناسب است؛ مانند اشکال، لوگو‌ها و تصاویر کارتونی. اما از همه این‌ها که بگذریم، GIF به دلیل پشتیبانی از تصاویر متحرک به یک پدیده در اینترنت امروز تبدیل شده است. البته دعوای سر نحوه تلفظ نام این فرمت را هم نباید فراموش کرد (بین «گیف» و «جیف») که حتی به رئیس‌جمهور آمریکا هم کشیده شده است. (اوباما نظرش روی گیف است!)

 

 

 

احتمالا در اینترنت با تصاویری برخورد داشته‌اید که پس‌زمینه شفاف دارند. می‌توانید مطمئن باشید این تصاویر PNG هستند. فرمت Portable Network Graphics) PNG) در اصل برای ارائه معادلی متن‌باز و رایگان برای GIF درست شد. (خیالتان راحت، GIF الان بدون مجوز است!) این فرمت عملا مثل یک آچار فرانسه پشتیبانی می‌ماند: تصاویر هشت بیتی paletted (با امکان رنگ شفاف برای یک پیکسل)، تصاویر ۲۴ بیتی true-color (شانزده میلیون رنگ) یا ۴۸ بیت true-color. (با یا بدون کانال آلفا برای میزان شفافیت) PNG یک فرمت با فشرده‌سازی غیراتلافی است که در موقعیت‌های مختلفی می‌تواند جایگزین بسیار خوبی چه برای JPEG و چه برای فرمتی مثل TIFF باشد. این فرمت طوری طراحی شده که قابلیت نمایش خوبی در مرورگر‌ها داشته باشد که به همین دلیل کاربرد آنلاین فراوانی دارد.

 

 

 

 

مشهورترین فرمت ذخیره‌سازی برداری تصاویر SVG یا Scalable Vector Graphics است که توسط کنسرسیوم World Wide Web (مسئول اصلی استاندارد‌های وب) ارائه شده و توسعه می‌یابد. همان‌طور که در بالا هم اشاره شد، در این فرمت اطلاعات تصویر به‌صورت توصیف هندسی ذخیره می‌شود که با توجه به ساختار آن می‌توان آن را مانند یک فایل متنی فشرده کرد. برای این‌که متوجه شوید استفاده از یک فرمت برداری تا چه حد می‌تواند در کاهش اندازه فایل تاثیر داشته باشد، کافی است به لوگوی جدید مشهورترین سایت اینترنت یعنی گوگل نگاهی بیندازید؛ اندازه فایل لوگوی جدید گوگل (که همین امسال تغییر کرد) ۳۰۵ بایت است؛ یعنی در حد چند خط در یک فایل SVG! این را مقایسه کنید با لوگوی PNG قبلی که حدود ۱۴ هزار بایت یعنی ۱۴ کیلوبایت بود!