Формат GIF (файлы имеют одноименное расширение) был разработан компанией CompuServe для экранных изображений (в 1987 году большинство видеокарт были 8-разрядными, а не 24-разрядными, на которые рассчитан современный формат JPG). В формате GIF применяется индексирование цветов, то есть ограниченная палитра, состоящая не более чем из 256 цветов. Чем меньше цветов, тем компактнее GIF-файл, что особенно важно при размещении графики на веб-страницах.

В GIF-файлах не сохраняется масштабированное разрешение изображения, измеряемое в пикселях на дюйм (ppi, pixels per inch). Из-за этого при печати таких изображений каждый раз необходимо выполнять масштабирование. Впрочем, если изображение предназначено для показа на экране компьютера — в частности, для размещения в интернете, — это не имеет большого значения. Дело в том, что GIF, будучи довольно старым форматом, был рассчитан именно на экраны CompuServe, а вовсе не на принтеры, которые в 1987 году и не позволяли печатать изображения со сколько-нибудь приемлемым качеством.

Для экономии памяти в GIF используется сжатие без потерь по алгоритму LZW. Оно позволяет существенно уменьшить размер файлов по сравнению с несжатыми данными, особенно если изображение состоит из больших однородно окрашенных областей.

Однако, хотя в алгоритме LZW нет потерь, сокращение цветов до 256 само по себе может привести к значительным искажениям. Поэтому для размещения в интернете фотографических изображений лучше использовать 24-битовый формат JPG.

Кроме этого, у формата GIF есть еще одна особенность: один из цветов палитры зарезервирован как "прозрачный" — сквозь такие пиксели проступает фон, на который наложено изображение. Для создания изображений с прозрачными участками в диалоговом окне Save As (Сохранить как) обычно предусматривается кнопка Option (Свойства), где в числе прочих настраивается и это свойство файла.

Что такое LZW-сжатие?

Сжатие данных об изображении без потерь, каковым является схема LZW, предполагает выделение повторяющихся строк и замена нескольких одинаковых элементов одним таким, по которому потом можно было бы точно восстановить исходную информацию. Эта задача требует значительных вычислений, поэтому сжатые файлы сохраняются и открываются медленнее, чем файлы без сжатия.

Алгоритм LZW назван так в честь его создателей —- исследователей Абрахама Лемпеля (Abraham Lempel), Джекоба Зифа (Jacob Zif) и Терри Уолша (Terry Welch). Лемпель и Зиф в 1977 и 1978 гг. опубликовали схемы сжатия, теперь известные как LZ77 и LZ78. На их основе Терри Уолш в 1984 г. опубликовал и запатентовал метод сжатия, получивший название LZW. Эта технология используется в форматах TIFF и GIF (а также V.42bis для модемов). В свое время много спорили о том, следует ли платить отчисления за использование LZW в GIF, но за использование LZW в TIFF-файлах и модемах v.42bis отчисления платились всегда. В середине 2005 г. срок действия международных патентов на LZW истек.

LZW используется во всех программных продуктах по обработке графики, но разработчики простых и бесплатных программ часто не платят отчисления за это, что может приводить к несовместимости сжатых файлов.

Формат JPEG (файлы имеют расширение JPG) предназначен для хранения фотоизображений со сжатием, степень которого выбирается в зависимости от обстоятельств, — например, для размещения фотографий на веб-сайте или пересылки по электронной почте. JPG-файлы получаются очень маленькими, часто составляя до 10% от исходного размера. Но цена такого сжатия иногда бывает слишком высокой.

Большинство других видов сжатия — в том числе в форматах TIF, PNG, GIF, BMP — являются полностью восстановимыми. При сжатии без потерь исходные данные всегда восстанавливаются с точностью до бита. Правда, это накладывает известные ограничения на эффективность: коэффициент сжатия таких фотоизображений колеблется от 10% до 40% (для рисованной графики он может быть выше). Формат JPEG является исключением из этого правила, так как в нем используется сжатие с потерями. Другими словами, при сохранении файла в формате JPG часть данных отбрасывается, и восстановить их потом невозможно. При JPG-сжатии изменяется информация о пикселях изображения (цвет). Детали, не подвергающиеся эффективному сжатию, могут быть отброшены. Такие потери далеко не всегда заметны, но они существуют, и с ними приходится считаться.

Качество полученного изображения определяется степенью сжатия: чем сильнее сжатие, тем выше потери и тем ниже качество фотографии, зато тем компактнее файл. В определенных случаях такой компромисс вполне удобен. Например, изображения, размещаемые на веб-страницах, должны быть достаточно малы, чтобы не очень сильно замедлять передачу через интернет. А особое качество при демонстрации с экрана им не требуется.

Реальный размер сжатого файла сильно зависит от особенностей самого изображения. Большие и невыразительные области, такие как небо, стены и др., сжимаются гораздо сильнее, чем фотографии с мелкими деталями. Поэтому файлы с изображениями одинакового размера в пикселях (по горизонтали и вертикали), сохраненные в формате JPEG с одинаковой степенью сжатия, могут значительно отличаться по размеру — даже вдвое.

Таким образом, размер файла — лишь самый грубый показатель качества изображения. Однако во многих случаях сжатие свыше 90% приводит к заметным артефактам. Поэтому сжимать изображения сильнее этого порога не рекомендуется. Цветные изображения сжимаются лучше, чем черно-белые — последние не рекомендуется сжимать сильнее, чем на 80%. Впрочем, все это очень приблизительные цифры — приемлемость результата гораздо сильнее зависит от используемого фоторедактора, назначения изображения и того, до какой степени вы согласны мириться с дефектами, возникающими при сжатии.

С математической точки зрения алгоритм сжатия JPEG довольно сложен и требует значительной вычислительной мощности. Кроме того, в JPEG используется несколько параметров, и при распаковке файла разные программы используют различные правила этого алгоритма. В одних случаях изображения открываются быстрее, но вначале их качество понижено (так делается в браузерах), в других изображение открывается медленнее, но сразу с окончательным качеством. Это качество зависит не только от свойств самого изображения и степени сжатия, но также от методов JPEG-сжатия и просмотра.

Что же такое, собственно, эти JPEG-артефакты? Вам наверняка приходилось их видеть — и вряд ли их вид был вам приятен. Не встречали, говорите? Что ж, проведем простой эксперимент: отсканируем какую-нибудь фотографию (готовый JPEG-файл не годится) и сохраним ее в формате TIFF. Затем сохраним это же изображение в формате JPEG с максимальным сжатием (и, соответственно, минимальным качеством). А теперь закроем JPEG-файл и откроем его снова. Сравним два изображения — сжатое (JPEG) и несжатое (TIFF), разместив их на экране рядом и увеличив примерно в 4 раза. Разница — налицо.

• в более-менее однородных областях появляются блоки, похожие на очень большие пиксели, так как при JPEG-сжатии похожие цвета объединяются в блоки 8х8 пикселей одного (усредненного) цвета. Такие блоки хорошо сжимаются. Их-то мы и видим;
• по бокам границ областей с сильно различающимися цветами появляются размытые темные пятна. Такие артефакты особенно заметны при сильном сжатии текста и рисунков. Вообще, JPEG-сжатие противопоказано резким границам и мелким деталям;
• некоторые цвета и цветовые переходы сохраняются неверно.

Впрочем, то, что при 4-кратном увеличении смотрится уродливо, в натуральную величину часто бывает вполне приемлемо. А если нет — можно изменить степень сжатия и попробовать добиться компромисса между качеством и размером файла.

Однако из-за потерь качества JPEG-сжатие, как правило, не приемлемо для сохранения мастер-копий важных изображений. Правда, такой соблазн иногда возникает — кажется, что слабое сжатие не создаст заметных артефактов. Но только не рискуйте чересчур, многократно открывая и снова сохраняя JPEG-файл с помощью команды File — Save (Файл — Сохранить) или File — Save As (Файл — Сохранить как): каждая такая операция приводит к новым потерям, так как в ходе нее файл заново сжимается при помощи JPEG-алгоритма. Впрочем, не следует путать редактирование с просмотром: простое открытие и просмотр JPEG-файла — не проблема: ведь файл при этом не перезаписывается.

А как редактировать файл, уже сохраненный в формате JPEG — например, полученный в таком виде с цифрового фотоаппарата, чтобы не вносить дополнительных искажений? Для этого нужно вначале преобразовать его в другой формат — обычно TIFF или PSD (формат Photoshop), — и редактировать полученную копию, которая с этого момента, вероятно, будет для вас основной. Если же все же вы решите, несмотря на все предостережения, хранить мастер-копию в формате JPEG, то хотя бы используйте наивысшее качество — и помните об артефактах. В самом худшем случае, если по какой-либо причине необходимо отредактировать JPEG-изображение и снова сохранить его в виде JPEG, используйте хотя бы одну и ту же программу, и ту же степень сжатия (уровень качества).

Сейчас появился новый формат JPEG 2000, но он пока "сыроват". В нем используются новые алгоритмы сжатия, обеспечивающие лучшее качество, но все равно с потерями. Этот формат доступен в последних версиях графических программ; файлы этого формата сохраняются с расширениями .jp2, .jpx и .jpc.

Формат PNG пока что сложно назвать стандартным, как GIF или JPEG, но он уверенно движется в этом направлении. При создании этого сравнительно молодого формата были использованы все накопленные к этому моменту знания об особенностях представления графики в электронном виде. Первоначально PNG создавался как бесплатная замена алгоритму GIF с LZW-сжатием, лицензия на использование которого является платной. Однако PNG, кроме того, имеет некоторые другие технические достоинства, в числе которых — более эффективное, чем LZW, сжатие без потерь. Используемый в PNG бесплатный алгоритм сжатия называется ZIP-методом. Он подобен тому, что используется в известном архиваторе PKZIP.

Главная "изюминка" PNG — специальные фильтры предварительной обработки. Они значительно повышают эффективность сжатия, особенно для 24-битных фотографических изображений с плавными цветовыми переходами. Такая предварительная фильтрация приводит к тому, что на запись и чтение PNG-файла требуется несколько больше времени, чем для других форматов.

Поскольку этот формат появился сравнительно недавно, старые версии Adobe Photoshop и Adobe Photoshop Elements не сохраняют значения разрешения (в ppi) для масштабирования изображений при печати. Такая возможность появилась только начиная с версии Photoshop 7 и Elements 2.0. До тех пор графические продукты Adobe в этом отношении обрабатывали файлы формата PNG так же, как и GIF — разрешение всегда равнялось 72 ppi. При демонстрации изображений на экране это обстоятельство не имеет особого значения, но при печати его необходимо учитывать: если в файле не сохранено разрешение в ppi, его необходимо каждый раз задавать вручную. Поэтому при печати любого PNG-файла проверка разрешения не будет лишней.

Что же касается остальных программ, то большинство из них в настоящее время корректно сохраняет разрешение печати PNG-изображений. В формате PNG оно хранится в несколько странных единицах — пикселях на метр, — так что при открытии изображения программе приходится пересчитывать разрешение в привычные пиксели на дюйм. Разумеется, при этом получаются нецелые значения, и некоторые программы их так и отображают — так что не удивляйтесь, если однажды встретите разрешение 299,999 ppi вместо 300 ppi. В конечном счете, это не имеет большого значения.

У PNG есть еще ряд уникальных свойств, таких как альфа-канал для создания маски с переменной прозрачностью: любой пиксель цветовой модели RGB или Grayscale может иметь переменную прозрачность, от 0 до 100%, отличную от прозрачности других пикселей. При индексировании цвета возможно также индексирование прозрачности. Кроме этого, в PNG-файлах можно сохранять уровень яркости (Gamma), благодаря чему обеспечивается одинаковое качество изображения при просмотре в Windows и Macintosh. PNG поддерживает также 48-битные данные. Правда, все эти замечательные возможности стандарта не всегда правильно реализуются программным обеспечением, зато эффективное сжатие без потерь работает везде.

Формат TIFF (расширение файлов — .TIF) применяется для долговременного хранения важных изображений, таких как мастер-копии. Это ведущий стандарт профессиональной и коммерческой обработки изображений. TIFF — самый близким к универсальному и наиболее широко распространенный формат для всех платформ — Mac, Windows и Unix — с глубиной цвета до 48 бит включительно. TIFF поддерживает все распространенные цветовые модели, в том числе RGB, CMYK, YCbCr и др., и имеет множество параметров для настройки.

В формате TIFF содержатся дескрипторы, описывающие тип данных, записанных в файле. Поэтому в этом формате легко вводятся новые типы данных. Правда, такая гибкость иногда приводит к проблемам совместимости, но стандартный TIFF поддерживается подавляющим большинством графических программ. Из-за различий в обработке графики процессорами Intel и Motorola существует два варианта TIFF: для PC и Mac. Благодаря такому подходу повышается эффективность формата (быстродействие), но все ведущие современные программы  поддерживают оба варианта, так что обмен TIFF-файлами между разными платформами не вызывает проблем.

TIFF предусматривает несколько вариантов сжатия данных. Для факсов и многостраничных штриховых рисунков традиционно применяется алгоритм G3. Возможно также использование сжатия без потерь по схеме LZW.

Главным недостатком TIFF-файлов, особенно для фотографических изображений, является их большой размер. Несжатый TIFF-файл занимает примерно столько же байт, сколько изображение в оперативной  памяти компьютера. Правда, это обстоятельство — скорее достоинство, чем недостаток. В большом файле сохраняются мелкие детали и тонкие оттенки. В конце концов, при современных объемах жестких дисков и оперативной памяти можно особо не мелочиться и позволить себе по 24 бита (3 байта) на каждый пиксель мастер-копии.