#jpeg #tiff #RAW

RAW

   В отличие от данных, сохраняемых в форматах JPEG и TIFF, данные записываемые в формате RAW представляют собой оригинальную информацию с матрицы камеры без какой-либо дополнительной обработки. Обработку же, в случае необходимости, можно выполнить позднее, на компьютере с помощью инструментов соответствующего приложения.

   Каждый пиксел стандартной матрицы фиксирует только 1 цвет. Как правило, объем такой информации составляет 10 – 12 бит, 12 – наиболее часто встречающийся сегодня показатель. Именно эти данные сохраняются в виде RAW файла. Альтернативной является ситуация, когда перед сохранением изображения зафиксированные цвета распределяются по трем цветовым каналам, что в итоге позволяет сохранить 24-битное JPEG или TIFF изображение.

   Несмотря на то, что при записи TIFF файла объем цветовой информации составляет 8 бит на каждый канал, такой файл займет в 2 раза больше места на носителе, чем RAW файл, поскольку для сохранения файла формата TIFF цветовая информация делится на три 8-битных канала, а для сохранения RAW файла цветовая информация аккумулируется в один 12-битный канал. Формат JPEG решает проблему занимаемого файлом места на диске путем компрессии, что неизбежно влечет за собой потери в качестве сохраняемого изображения. Таким образом, формат RAW берет лучшее от каждого формата: он сохраняет оригинальную глубину цвета, в отличие от формата JPEG, обеспечивает высокое качество изображения и экономит место на носителе, в отличие от формата TIFF.

   Более того, в поддерживающих обработку RAW файлов приложениях, большую часть настроек, заданных в камере по умолчанию для записи RAW файлов, можно аннулировать. Например, коэффициент увеличения резкости, баланс белого, цветовые настройки можно аннулировать и задать заново, используя в качестве точки отсчета сохраненное изображение.

   Еще одна важная особенность RAW файлов – благодаря тому, что объем цветовой информации, фиксируемой каждым пикселом матрицы составляет 12 бит, у Вас есть возможность сделать более четкими детали на затененных и пересвеченных участках изображения. При записи изображений в формате JPEG или TIFF, в режиме 8 бит/канал, подобная информация оказывается утерянной, без возможности адекватного восстановления.

Недостатки формата RAW

   Во-первых, спецификация формата варьируется не только в зависимости от производителя, но и зачастую, в зависимости от модели камеры. В результате, работа с RAW файлами становится возможной только при наличии предоставляемого вместе с камерой программного обеспечения.

   Во-вторых, работа с RAW файлами заметно "тормозит" систему. Их открытие и, соответственно, обработка занимает значительно больше времени, чем открытие и обработка JPEG или TIFF файлов. Принимая во внимание этот факт, многие производители добавляют в свои камеры функцию одновременной записи RAW файла и его JPEG копии. В результате, у Вас появляется возможность выполнить все необходимые операции по сортировке и коррекции файлов, не дожидаясь открытия RAW файлов, а возможность работы с RAW файлами использовать только в отдельных, требующих этого случаях (например, когда необходимо проработать затемненные или, напротив, излишне, яркие участки изображения).

   Другой постепенно набирающей силу тенденцией является стремление сторонних разработчиков программного обеспечения наделить свою продукцию совместимостью с форматом RAW (в расчет принимаются спецификации формата, используемые наиболее крупными производителями цифровых камер и в наиболее популярных на рынках моделях цифровых камер с поддержкой возможности записи снимков в формате RAW). В качестве примера, можно привести Adobe Photoshop CS, хотя, как не раз отмечалось в обзорах данного приложения, его стиль обработки RAW файлов все же несколько отличается от стиля image-редакторов, предлагаемых производителями цифровых камер. Кроме того, между Adobe Photoshop CS и оригинальными редакторами существует небольшая разница и в функциональных возможностях.

TIFF

   TIFF (Tagged Image File Format) – универсальный формат файлов изображений, поддерживаемый большинством image-редакторов и программ для просмотра. Снимок, сохраняемый в формате TIFF сжимается без потерь в качестве. Метод компрессии, используемый камерой, называется LZW и используется, в частности, в архиваторе WinZip.

   В отличие от формата JPEG, позволяющего записывать только однослойные RGB изображения в режиме 8 бит/канал, формат TIFF позволяет записывать также многослойные CMYK изображения в режиме 16 бит/канал. Поэтому TIFF широко используется в качестве конечного формата изображений в печатной продукции.

   Многие цифровые камеры предлагают режим записи снимков в формате TIFF в качестве несжимаемой альтернативы использующему сжатие формату JPEG. Однако из-за ограниченного объема свободного места на носителе, а также ограничений в возможности реализации обрабатывающей функции в цифровых камерах используется только 8-битная версия формата. Сканеры высшего ценового диапазона, как правило, обладают поддержкой 16-битной версии TIFF.

JPEG

   Формат JPEG (Joint Photographic Experts Group) является наиболее часто используемым форматом записи цифровых снимков. Формат поддерживается всеми без исключения браузерами, программами просмотра и image-редакторами. При записи в формате JPEG снимки подвергаются компрессии с фактором 10 или 20 по отношению к оригинальному размеру, что приводит к незначительным потерям в качестве.

   В процессе записи используемый форматом алгоритм разделяет данные изображения на цветовую информацию и информацию, имеющую непосредственное отношение к тому, что принято называть "степенью детализации изображения". Цветовая информация подвергается большей компрессии, чем информация о деталях, поскольку человеческий глаз более восприимчив к изменениям в деталях, нежели к изменениям в цвете. В результате, компрессия, выполненная главным образом за счет уменьшения объема цветовой информации, визуально менее заметна. Затем информация о деталях разделяется на первичную (крупные элементы изображения) и вторичную (мелкие детали). Разумеется, в первую очередь сокращается объем информации, отвечающей за присутствие в изображении мелких деталей. Причина аналогична той, по которой цветовая информация подвергается более жесткой компрессии, чем информация о деталях. В итоге, мы получаем то, что называют изображением, записанным в формате JPEG.

   Основными преимуществами формата JPEG являются значительно меньший по сравнению с RAW и TIFF объем файла, поддержка большинством приложений и возможность использования функции прямой печати.

   Основной недостаток – потери в качестве в результате компрессии. При использовании небольшого коэффициента сжатия, можно сэкономить место на носителе и одновременно сохранить хорошую степень детализации изображения. Однако, чем больше коэффициент сжатия, тем ниже качество изображения.

   Схематично алгоритмы записи RAW, TIFF и JPEG файлов можно представить следующим образом:

   Итак в случае активации режима записи RAW файлов происходит следующее.

   Данные, зафиксированные светочувствительными элементами матрицы считываются и поступают в АЦП. Собранная информация сначала аккумулируется, затем, при необходимости, полученный сигнал усиливается. Если для съемки был выбран режим ISO 100, усиление сигнала незначительно. Однако при выборе высокой чувствительности, например ISO 800 или 3200, степень усиления оказывается практически равной по силе самому сигналу. В результате, на изображении появляется шум.

   С обработанными описанным выше способом данными может произойти две вещи: они могут быть сохранены на карту памяти в качестве RAW файла или могут быть подвергнуты дальнейшей обработке и в последствии сохранены в качестве TIFF или JPEG файла. Если данные сохраняются в виде RAW файла, они затем могут быть конвертированы в формат TIFF или JPEG.

   До интерполяции

Результаты фиксации данных красной (25%), зеленой (50%) и синей (25%) компонент попавшего на матрицу света. Зафиксированные данные (последнее изображение) аккумулируются в один 12-битный поток – RAW файл.

   Если же перед съемкой форматом для сохранения снимков был выбран JPEG, то после считывания сигнала с матрицы и его усиления, сигнал подвергается обработке, получившей название "Интерполяции Байера" (Bayer interpolation). Цель данного процесса – расчет цвета каждого пиксела изображения.

   Расчет цвета и его интенсивности для каждого пиксела производится на основе анализа цвета соседних пикселов. Когда расчет цвета каждого пиксела будет завершен, изображение будет выглядеть приблизительно так:

   Затем, изображение корректируется в соответствии с заданными перед съемкой параметрами такими, как баланс белого, насыщенность цвета, резкость, контрастность и т. д. После этого выполняется JPEG компрессия, и результаты сохраняются в виде JPEG файла.

   Если снимки были записаны в формате RAW, их можно позднее конвертировать в формат JPEG или TIFF на компьютере. Схематично алгоритм такого преобразования будет выглядеть следующим образом:

После интерполяции

Цвет каждого пиксела изображения расчитан, данные скорректированы на основе параметров съемки и сохранены в формате JPEG или TIFF.

   Этот алгоритм во многом совпадает с приведенным выше алгоритмом записи снимков, в формате RAW, TIFF или JPEG. Разница состоит в том, что теперь коррекция таких параметров, как баланс белого, контрастность, насыщенность цвета, резкость и т. д. осуществляется не автоматически, внутри камеры, а вручную, пользователем в соответствующем приложении. И в этом состоит первое преимущество записи снимков в формате RAW – возможность изменения многих параметров изображения программно, без повторной съемки. Конечно, Вы не можете изменить экспозицию или чувствительность ISO, но зато Вы можете изменить многие другие параметры.

   Преимущество формата RAW № 2 состоит в том, в последствии RAW файл можно конвертировать в 8-битный или 16-битный TIFF файл. Объем TIFF файлов значительно больше файлов формата JPEG, но конвертация файла в этот формат не приводит к потерям в качестве. Компрессия без потерь в качестве. Каким образом достигается этот эффект? Посмотрите на строку цифр ниже:

   14745296533333659762888888356789

   Для того, чтобы сохранить эти данные без потерь, необходимо внести в цепочку следующие изменения:

   1474529653[5]6597628[6]356789

   Фрагмент "33333" заменили на "3[5]", а фрагмент "888888" – на "8[6]". В результате, будут сохранены те же данные, но меньшего объема. Аналогичным (но не идентичным) образом работает алгоритм сжатия TIFF.

   Выше уже было сказано, что RAW файл можно конвертировать в 8- или 16-битный TIFF файл. Большинство цифровых камер верхнего ценового диапазона записывают RAW файлы в 12-битном режиме, т. е. цвет каждого пиксела может быть выбран из 4096 значений, тогда как при записи в 8-битном режиме (например, при записи в формате JPEG) цвет каждого пиксела может быть выбран из 256 значений. В принципе 256 значений вполне достаточно и в большинстве случаев печать осуществляется в 8-битном режиме. Однако 12-битный режим предоставляет более широкие возможности по обработке изображений без риска потерь в качестве. В частности, при работе с кривыми и уровнями Вы можете использовать более широкий диапазон значений. При желании сохранить качество 12-битного RAW файла Вы можете конвертировать его в 16-битный TIFF файл. Конечно, с одной стороны, подобная операция будет иметь приблизительно тот же эффект, как если бы Вы налили литр воды в 3 литровую емкость – уместилось бы все, но осталось немного свободного места. Однако, с другой стороны, конвертация 12-битного файла в 8-битный – сопоставима с попыткой перелить литр воды в пол литровую емкость – все не уместится, поэтому часть придется просто вылить.

Проблема выбора: RAW или JPEG?

Аргументы в пользу записи снимков в формате JPEG

• JPEG файлы отличаются небольшим размером, что в итоге значительно увеличивает количество таких файлов, которое можно сохранить на карту памяти, а также увеличивает скорость сохранения снимков.
  
  
• Для выполнения большинства задач, например, для составления семейного альбома или иллюстрирования новостных лент, качества, обеспечиваемого форматом JPEG, более чем достаточно.
  
  
• Небольшие по размеру файлы значительно проще пересылать по электронной почте или передавать с одного устройства на другой по беспроводному интерфейсу, что принципиально важно, например, для тех, кто делает новости.
  
  
• Многие фотографы не имеют склонности дополнительно обрабатывать сделанные снимки или не имеют на это времени.
  
  
• Многие камеры не в состоянии обеспечить достаточно высокую в понимании фотографов скорость записи RAW файлов.
  
  
• Некоторые камеры просто не поддерживают запись RAW файлов.

Аргументы в пользу записи снимков в формате RAW

• Данные, сохраненные в качестве RAW файла, представляют собой оригинальную информацию с матрицы камеры без какой-либо дополнительной обработки, что предоставляет фотографу возможность добиться путем соответствующей коррекции максимального качества снимка, сразу после съемки или позднее.
  
  
• В данных, сохраненных в качестве RAW файла, отсутствует информация о балансе белого. Данные, полученные в результате установки на камере определенного режима баланса белого, накладываются на данные RAW файла, не изменяя их. В результате, у фотографа появляется возможность изменить баланс белого с помощью соответствующего приложения без риска потерь в качестве изображения. (Тогда как в других случаях, например, при записи снимков в формате JPEG, после того, как файл конвертируется из линейного пространства и преобразуется с помощью кривых яркости/контрастности, изменения баланса белого без риска потерь в качестве изображения становятся невозможными.) Аналогичным образом обстоят дела с параметрами насыщенности цвета и контрастности, которые также можно изменить в соответствующем приложении без потерь в качестве.
  
  
• Линеаризация файла и расчет цвета каждого пиксела изображения (Bayer interpolation) осуществляется на компьютере, что позволяет использовать для этих целей более сложные и эффективные алгоритмы без потерь в скорости. Встроенный в камеру микропроцессор обладает значительно более скромными возможностями.
  
  
• Данные, сохраняемые в качестве RAW файла, записываются в 16-битном режиме. Иными словами, цвет каждого пиксела может быть выбран из 65 536 значений (сравните с 8-битным режимом записи, позволяющем выбрать цвет каждого пиксела всего лишь из 256 значений). Это становится особенно важным при редактировании изображения, например, когда Вы пытаетесь сделать более четким изображение на затемненных или пересвеченных участках. Приведенные ниже данные, объясняют, почему.
  
     В качестве примера используется 5-уровневый динамически диапазон значений яркости. В процессе коррекции изображения на каждом уровне можно использовать определенное число значений. В случае с 12-битным файлом, два нижних уровня позволяют использовать в общей сложности 384 значения яркости, тогда как при работе с 8-битным изображением, число доступных для выбора значений значительно меньше. Это связано с тем, что оба цветовых пространства, sRGB и Adobe RGB используют коэффициент гамма коррекции 2.2, который смещает диапазон зафиксированных значений яркости на несколько шагов вниз, чтобы компенсировать недостаточно острую восприимчивость человеческого глаза к изменениям в диапазоне низких значений яркости. Именно поэтому, два нижних уровня диапазона значений яркости при работе с 8-битным изображением имеют в общей сложности лишь 47 доступных значений.
  
     12-битный Raw файл
  
  

  1 уровень: максимальная яркость	Доступно 2048 значений
  2 уровень: высокая яркость	Доступно 1024 значения
  3 уровень: средняя яркость	Доступно 512 значений
  4 уровень: низкая яркость	Доступно 256 значений
  5 уровень: минимальная яркость	Доступно 128 значений

  
     8-битный JPG файл
  
  

  1 уровень: максимальная яркость	Доступно 69 значений
  2 уровень: высокая яркость	Доступно 50 значения
  3 уровень: средняя яркость	Доступно 37 значений
  4 уровень: низкая яркость	Доступно 27 значений
  5 уровень: минимальная яркость	Доступно 20 значений

  
     А теперь, представьте, что Вам необходимо подкорректировать яркость изображения в Photoshop или любом другом image-редакторе. Какой диапазон Вы предпочтете, 47 или 384 значений? Разумеется, при коррекции 8-битного файла справиться с резкими переходами между фрагментами различной степени яркости будет довольно сложно.
  
  
• Благодаря тому, что сохраняемые в качестве RAW файлов данные не подвергаются перед сохранением какой бы то ни было обработке, у Вас появляется возможность (при условии сохранения файла) вернуться к таким файлам в любой удобный момент и изменить его по Вашему усмотрению.

   Таким образом, выбрать для съемки режим RAW имеет смысл, если Вам необходима обработка изображений после съемки, т. е. если Вы неуверенны в правильности выбранной экспозиции, режима баланса белого и т. д. В этом случае, целесообразно использовать режим записи RAW файлов, затем конвертировать полученные изображения в 16-битный TIFF, внести все необходимые изменения, а затем, быть может, конвертировать файл в 8-битный формат и распечатать. При подобной схеме действий Вы ничего не теряете, за исключением времени, которое потребуется для записи каждого RAW файла, и места на карте памяти, поскольку каждый такой файл занимает довольно много места на накопителе.

   Также хотелось бы отметить, что некоторые камеры (Canon EOS 20D, Canon EOS 350D, KONICA MINOLTA Dynax 5D, SONY Cyber-shot DSC-F828, Nikon D70S, Nikon D2H) обладают функцией одновременной записи RAW файла и его JPEG копии. В результате, у Вас появляется возможность выполнить все необходимые операции по сортировке и коррекции файлов, не дожидаясь открытия RAW файлов, а возможность работы с RAW файлами использовать только в отдельных, требующих этого случаях (например, когда необходимо проработать затемненные или, напротив, излишне, яркие участки изображения). Единственным недостатком является то, что при съемке в подобном режиме расход емкости карты памяти еще более расточителен.

   Что касается формата TIFF, основной проблемой данного формата является размер файлов. Например, для 6 мегапиксельной камеры размер не подвергнутого компрессии TIFF файла при использовании 8-битного режима записи составляет 18 Мбайт, а при использовании 16-битного режима записи – 32 Мбайта. Для сравнения: размер JPEG файла, записанного с небольшим коэффициентом сжатия, составляет 2 – 3 Мбайта, а размер RAW файла – около 6 Мбайт. Конечно, запись в формате TIFF сокращает уровень шума, который можно получить при сохранении снимка в формате JPEG, но при использовании небольших коэффициентов компрессии, разница в качестве между TIFF и JPEG изображениями практически незаметна.