Grafický formát PNG (Portable Network Graphics)
Formát PNG ("ping") vznikol v polovici roku 1997 ako patentovo
nechránená alternatíva k formátu GIF. Používa sa pre bezstratovú kompresiu
a zobrazovanie obrázkov hlavne na World Wide Webe. Vznikol pod záštitou WWW
konzorcia (World Wide Web Consorcium -W3C).
Vlastnosti GIF formátu ktoré ponúka aj formát PNG:
- obrázky s indexovanou paletou 256 farieb
- Stearmbility: súbor sa môže čítať aj zapisovať prúdovo
- Progresívne zobrazenie: výhodné pre komunikačné linky keď obrázok zobrazuje postupne s narastajúcimi detailmi
- Priehľadnosti (Transparency): časť obrázku môže byť priehľadná
- Prídavné informácie: obrázok môže obsahovať textové komentáre
- Úplná hardwarová a platformová nezávislosť
- Efektívna 100 % bezstratová kompresia
Dôležité vlastnosti formátu PNG, ktoré GIF neponúka:
- Truecolor obrázky maximálne 48 bitov na pixel
- Grayscale obrázky maximálne 16 bitov na pixel
- Alfa kanál pre transparentnú masku
- Obrazová gamma informácia, ktorá podporuje automatické jasovo/kontrastové prispôsobenie
- Detekcia poškodenia súboru
PNG sa ďalej vyznačuje:
- Jednoduchosť a prenositeľnosť: PNG môže byť pomerne jednoducho a široko implementovaný
- Legálne použitie: Na žiadnu časť algoritmov použitých v PNG sa nevzťahujú autorské práva
- Dobrá kompresia: indexová paleta a truecolor obrázky sú komprimované efektívnejšie ako pri iných bezstratových metódach.
- Flexibilita: formát dovoľuje v budúcnosti rozšírenie, bez kompromisu univerzálnosti základného PNG
- Robustný design: podpora plnej kontroly integrity súboru ako aj jednoduché a rýchle zisťovanie možných chýb pri prenose
Kompresia
Formát PNG používa kompresný algoritmus deflate/inflate s posuvným oknom
(sliding window) veľkým 32 768 bytov. Deflate kompresia je modifikáciou kompresie
LZ77 používaná v kompresných programoch zip,
pkzip a iných. Deflate kompresia je 100% bezstratová. Dátový tok skomprimovaný
metódou deflate je uložený v "zlib" formáte. Pre porovnanie efektívnosti kompresie
deflate a LZW, použitého vo formáte GIF, som urobil malý test. Komprimované
boli rôzne vzorky obrázkov veľkosti 80x80. Výsledky testu sú zobrazené na
obrázku. Všimnite si, že GIF efektívne komprimuje iba obrázky, kde sa opakujú vodorovné vzory.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
150 bytes
|
335 bytes
|
515 bytes
|
167 bytes
|
168 bytes
|
254 bytes
|
 |
 |
 |
 |
 |
 |
|
117 bytes
|
119 bytes
|
142 bytes
|
115 bytes
|
115 bytes
|
239 bytes
|
Filtre
PNG dovoľuje obrazové dáta pred samotnou kompresiou tzv. prefiltrovať. Vhodnou voľbou filtra môžeme výrazne zvýšiť kompresný pomer.
Samotné filtrovanie neredukuje veľkosť dát a je zásadne bezstratové! Hlavnou úlohou filtrov je predspracovať obrazové dáta pred
samotnou kompresiou za účelom dosiahnutia optimálnej kompresie. Filtre sa používajú hlavne pri kompresii truecolor a grayscale
obrázkov a menej často pri obrázkoch s indexovanou paletou farieb.
Typy filtrov:
None
Táto voľba znamená, že obrazové dáta budú komprimované bez použitia filtrov. Odporúča sa pre obrázky s indexovanými farbami.
Sub
Ukladáme rozdiel hodnôt s pixlom naľavo. Vhodné pre obraz s rovnakými vodorovnými vzormi a prechodmi.
Up
Ukladáme rozdiel hodnôt s horným pixlom. Vhodné pre zvislé vzory.
Average
Ukladáme priemernú hodnotu pixla s jeho susedom naľavo a hore. Vhodné pre obraz
so šumom nízkej úrovne.
Paeth
Ukladá pixel na základe výpočtu lineárnej funkcie s hodnôt susedných pixelov naľavo, hore a vľavo hore.
Nasledujúca tabuľka demonštruje vplyv použitia filtrov pri kompresii a ich
vplyv na výslednú veľkosť súboru. Testované boli súbory papagaje 615x407
, linda 400x481 a png_f 330x48
. Na kompresiu súborov do formátu *.PNG bol požitý program
Ulead SmartSaver Pro 1.0.
Všetky veľkosti súborov po kompresii do formátu PNG sú uvedené v bytoch.
Veľkosti v druhom riadku odpovedajú kompresii s prekladaným riadkovaním (Interlace).
Nebol ukladaný Alfa kanál. Filter pod označením All je adaptívny spôsob
výberu vhodného filtra.V tomto móde sa vyberie najvhodnejší typ filtra (Sub,Up,Average
alebo Paeth) pre daný typ obrázku a ten sa aplikuje.
Výber vhodného filtru sa rozhodne neoplatí podceňovať. Nevhodne zvolený filter
može znížiť efektivitu kompresie. Snažte sa používať programy ktoré umožňujú
voľbu typu filtru (Photoshop 5,Ulead SmartSaver,...). Nie všetky túto voľbu
umožňujú (Paint Shop Pro 5...).
Aký filter teda zvoliť?
- pre obrázky s indexovanou paletou farieb je najvhodnejšie nepožívať filter. Voľba
None
- pre true color a grayscale obrázky je asi najlepšou voľbou mód All.
Ono skúšať filter za filtrom, hlavne pri veľkých obrázkoch je časovo náročné.
Filtrovanie a kompresia trvá rádovo aj 10s a viac.
Alfa kanál
Alfa kanál (maska) je najlepší spôsob ako reprezentovať informáciu o premenlivej
transparentnosti. Môže byť použitý pri true color a grayscale obrázkoch. Každému
pixelu v obrázku môže byť priradená úroveň priehľadnosti voči podkladu. Hodnota
Alfa rovná nule znamená úplnú priehľadnosť a hodnota Alfa 2^bitová hĺba-1
reprezentuje úplnú nepriehľadnosť. Hodnoty nachádzajúce sa medzi týmito dvoma
hranicami určujú ako intenzívne bude podklad cez obrázok "presvitať". U obrázkov
s indexovanou paletou farieb môže byť každej farbe s palety priradená hodnota
Alfa, nieje však možné uložiť celý Alfa kanál. Vďaka premenlivej priehľadnosti
môžeme vytvárať efekty, ktoré boli doteraz nedostupné a budú vyzerať dobre
na rôznych podkladoch. Premenlivú priehľadnosť môžeme veľmi dobre využiť pri
grafike obsahujúcu rôzne tiene (drop-shadows), gradientné prechody farieb...
Obrázky budú vyzerať pekne na rôznych podkladoch a nebudú trpieť zubatými
okrajmi ako pri formáte GIF, kde môže byť úplne priehľadná iba jedna farba.
Nasledujúci obrázok demonštruje použitie Alfa kanálu vo formáte PNG. Cez obrázok
by mala presvitať zelená farba ako na tomto obrázku (iba ak váš browser podporuje alfa kanál pri
PNG-čku). Alfa kanál obrázku si môžete pozrieť napríklad vo Photoshope.
 |
Interlacing (Prekladanie)
Prekladané (progresívne) zobrazenie je výhodné pre komunikačné linky, keď
sa obrázok zobrazuje postupne s narastajúcimi detailmi. V PNG je použitá prekladacia
metóda Adam7, ktorá je nazvaná podľa svojho autora: Adam M.Costello.
Prekladanie v metóde Adam7 pozostáva zo 7 prechodov cez obrázok. Prechod v
ktorom je daný pixel prenesený je definovaný rozmiestnením pixelov v matici
8x8 v obrázku.
1 6 4 6 2 6 4 6
7 7 7 7 7 7 7 7
5 6 5 6 5 6 5 6
7 7 7 7 7 7 7 7
3 6 4 6 3 6 4 6
7 7 7 7 7 7 7 7
5 6 5 6 5 6 5 6
7 7 7 7 7 7 7 7
Napríklad druhý prechod bude obsahovať pixle 4,12,20... v riadkoch 0,8,16... (ľavý horný roh má index 0,0).
Prvý prechod bude obsahovať 1/64 dát, druhý 1/32 a ďalej 1/16, 1/8, 1/4, 1/2 a zbytok.
Náhľad obrázka vo formáte PNG s prekladaním je 8 x rýchlejší ako pri formáte GIF. Na prvý náhľad je potrebných iba 1/64 obrazových dát v porovnaní s 1/8 pri GIF-e.
Nasledujúci animovaný GIF (autor: Willem van Schaik) demonštruje dvojdimenzionálnu prekladaciu schému použitú v PNG a priamkovú prekladaciu schému použitú v GIF-e.
Pokiaľ uložíme obrázok s prekladaním, jeho veľkosť vzrastie v porovnaní s obrázkom bez prekladania (pozri tabuľku).
Gamma korekcia
PNG umožňuje uchovať informáciu o gamma nastavení. Gamma korekcia predstavuje spôsob korekcie rozdielov v tom ako počítače
(hlavne počítačový monitor) interpretujú hodnoty farieb. Napríklad obrázky vytvorené na platforme Macintosh pri zobrazení na
PC vyzerajú veľmi tmavo a naopak obrázky vytvorené na PC vyzerajú veľmi svetlo na Macintoshi. Hodnoty gamma sú rôzne pre PC
(asi 2,2) a Macintosh (asi 1,8). PNG čiastočne odstraňuje tento problém pomocou uloženia gamma informácie o zariadení na
ktorom bol obrázok vytvorený. Pri zobrazení PNG obrázku sa nastaví vhodná gamma hodnota.
Výhody formátu PNG
- 100% nestratová kompresia
- Lepšia kompresia ako pri GIF formáte,bežne o 5% až 25%
- True color obrázky s plnou farebnou informáciou. Veľkosť PNG súborov (truecolor) je síce v porovnaní s formátom JPEG asi desaťnásobne väčšia, ale informácie sú uložené bezstratovo na rozdiel od formátu JPEG ktorý je stratový.
- Alfa kanál. Ponúka nám veľké možnosti využitia premenlivých priehľadností.
- Progresívne zobrazenie. Dvojdimenzionálna prekladacia schéma Adam7.
- PNG môžeme použiť aj ako pracovný formát.
- Kompresný algoritmus nieje patentovo chránený na rozdiel od GIF-u. Pri implementácii netreba platiť licenčné poplatky a je dostupná v C kóde.
Nevýhody formátu PNG
- Niektoré staršie prehliadače môžu mať problémy so zobrazovaním obrázkov PNG.
- Neumožňuje ukladanie animácií ako GIF. Pripravený je už ale formát MNG pre ukladanie animácií.
Informačné zdroje:
http://www.libpng.org/pub/png - všetko o formáte PNG
ftp.uu.net/graphics/png - zdroj slušných informácií o PNG
AlphaMix - užitočný programík ak sa budete hrať s Alfa kanálom a priehľadnosťami.
