Стандарты обмена графическими данными

Стандарты обмена графическими данными можно условно разделить на следующие группы:

- графические метафайлы,

- проблемно-ориентированные протоколы,

- растровые графические файлы.

1. Графический метафайл представляет собой описание изображения в функциях виртуального графического устройства (в терминах примитивов и атрибутов). Он обеспечивает возможность запоминать графическую информацию единым образом, передавать ее между различными системами и интерпретировать для вывода на различные устройства.

Характеристики метафайла определяются его функциональными возможностями и способом кодирования информации. Метафайл обычно разрабатывается как составная часть какой-либо графической системы. При этом его функциональные возможности однозначно соответствуют возможностям этой системы. Способ кодирования выбирается по одному из следующих критериев:

- минимальность объема кодированной информации,

- минимальность времени для кодирования и декодирования,

- наглядность (возможность чтения и редактирования).

В зависимости от выбранного способа кодирования метафайл может использоваться в качестве средства хранения и передачи изображений, протокола взаимодействия

GKSM - стандарт de-facto на графический метафайл в рамках системы GKS ( приложение "Е" к стандарту GKS). По функциональным возможностям GKSM полностью соответствует системе GKS, поэтому он легко интерпретируется в соответствующих стандарту системах GKS. Кодирование в GKSM текстовое, что позволяет просматривать и редактировать метафайл GKS.

CGM - стандарт ISO на графический метафайл. Функционально CGM соответствует стандарту CGI. В CGM предусмотрены три способа кодирования - символьное, двоичное и текстовое. Символьное кодирование наиболее компактно и предназначено для хранения и транспортировки информации. Двоичное кодирование требует минимальных усилий по кодированию/декодированию и предназначено для внутрисистемного использования. Текстовое кодирование наиболее наглядно и обеспечивает возможность визуального просмотра и редактирования графических файлов.

NAPLPS - стандарт на представление графических данных в сетях VIDEOTEX. Основными требованиями при разработке этого протокола были следующие: возможность передачи графической информации в потоке алфавитно-цифровых данных, минимальность объема передаваемых данных, минимальность усилий для интерпретации и возможность вывода изображений на простейшие устройства. Обеспечение этих требований привело к тому, что был разработан эффективный способ упаковки графической информации в семи- или восьмибитные коды ASCII. Эти же требования привели к ограничению функциональных возможностей протокола, что не позволяет получить высокое качество изображений при использовании, современных графических устройств.

HPG - стандарт компании Hewlett-Packard на протокол взаимодействия с графическими устройствами (в первую очередь графопостроителями), выпускаемыми этой фирмой. Он содержит небольшое количество графических функций, легко читается и интерпретируется. В некоторых графических системах на персональных компьютерах HPGL используется в качестве графического метафайла.

PostScript - является языком описания страниц для электронных печатающих устройств, в первую очередь лазерных принтеров. Он обеспечивает возможность получения высококачественных документов на устройствах разного разрешения. PostScript обладает широкими возможностям для описания сложных изображений. Естественно, что вследствие наглядности PostScript, как и другие языки программирования, не оптимален в смысле минимальности кодирования информации. Поэтому его использование в качестве графического метафайла представляется нецелесообразным. Однако он становится незаменим при передаче тексто-графических документов, предназначенных для воспроизведения на печатающих устройствах с высоким разрешением.

WMF, GEM, PIC, SLD и др. - это локальные стандарты на метафайл в рамках соответствующих программных систем. Прикладные или проблемно-ориентированные графические протоколы обеспечивают наиболее эффективный способ хранения и передачи графических данных в прикладных системах. Кодирование информации в этих протоколах производится без потери семантики и в наиболее сжатой форме, что обеспечивает минимальность объема хранящейся или передаваемой информации и допускает свободу в выборе различных способов графического представления данных.

Растровые графические файлы стали активно применяться для хранения и транспортировки графической информации, в системах обработки данных и подготовки научно-технической документации, использующих персональные компьютеры, а также лазерные и струйные печатающие устройства. Основными характеристиками растровых файлов являются метод упаковки (сжатия) информации и тип поддерживаемой цветовой модели.

Первоначально растровые файлы содержали только статические изображения. В последнее время появились проекты по стандартизации форматов динамических (анимационных) изображений. Сегодня используется уже большое количество разнообразных форматов растровых файлов. Некоторые из них (например GIF, TIFF, PCX) получили широкое распространение и поддержку, другие ждут общественного признания, третьи поддерживаются только их разработчиками.

AVI - Microsoft Animation Video GIF формат разработан в CompuServe Incorporation для хранения и транспортировки растровых изображений. Поддерживаемая цветовая модель - индексированные цветные изображения. Использует метод кодирования LZW (Lempel, Ziv & Welch), дающий высокий коэффициент сжатия. Позволяет содержать в одном файле несколько изображений, не связанных между собой. Поддерживается многими разработчиками графических систем. TIFF разработан фирмами Aldus и Microsoft главным образом для настольных издательских систем. Распространенность этого формата обусловлена его гибкостью в части поддерживаемых способов кодирования и цветовых моделей изображения. TIFF поддерживает двух-уровневые (S-level), монохромные (gray-scale), индексированные цветные (paletted color), и полные цветные (full RGB) изображения. Для кодирования различных изображений или его частей могут применяться различные методы, в частности LZW. Кроме того TIFF содержит метрические характеристики изображения - размер, плотность и пр. Предусмотрена возможность записи в один файл нескольких изображений и/или копий одного изображения с различными метрическими характеристиками. PCX формат распространен на ПК и поддерживается множеством графических редакторов и настольных издательских систем. В PCX используется попутное или потоковое сжатие на основе учета повторяющихся серий. Этот метод, по сравнению с LZW, дает более низкий коэффициент сжатия, однако время, требуемое для чтения/записи упакованного таким способом файла, практически равно времени чтения/записи исходного файла. Это дает преимущества при использовании PCX формата в интерактивных системах с быстрой сменой изображений.

JPEG - стандарт ISO, ориентированный на цифровое описание (сжатие и кодирование) фотоизображений. Он предусматривает возможность частичной потери информации без визуального ухудшения качества изображения.

MPEG - стандарт ISO, предназначенный для кодирования динамических изображений и связанной с ними звуковой информации.

BMP, IBM, PIC, IMG, CUT, FLC и множество других форматов являются локальными стандартами на представление растровых изображений в рамках соответствующих программных систем.