Formatos de imagen

Formatos, formas de codificación y contenedores de imagen son un aspecto trivial de nuestras vidas. A lo largo de este artículo se hace una pequeña aproximación a los formatos de imagen más comunes en nuestros entornos de trabajo y herramientas como Adobe Photoshop.

Tagged Image File Format

TIFF es un formato de imagen, lanzado en la década de los 80 por la empresa Aldus, pero que finalmente en 2009 pasaría a ser responsabilidad de Adobe. La actual especificación corresponde a la versión TIFF 6.0  de junio 1992.

A partir del concepto inicial de TIFF se han propuesto diferentes variantes, así como un buen número de metadatos que han sido tomados para diversas especificaciones:

Tipos de TIFF

TIFF/EP (ISO 12234-2 "Electronic still-picture imaging – Removable memory – Part 2: TIFF/EP image data format): Tag Image File Format / Electronic Photography. Se trata de un formato usado habitualmente en las imágenes RAW, de la mayoría de fabricantes (excepto Sigma, por ejemplo). Es usado por Nikon y Adobe para los DNG. Admite compresión JPEG (DCT) con pérdida.

Una imagen TIFF/IT esta formada habitualmente por tres ficheros: el Final Page (FP), el Continous Tone Image (CT) y la Line Work Image (LW). Adicionalmente puede incluir otros archivos como un Binary Picture (BP), posee un espacio de color CMYK. Sin embargo este formato cayo bastante en desuso con la aparición del PDF/X   

TIFF/F, Tagged Image Format Fascimile, fue propuesto por la IETF Internet Fax Working Group para el alamacenamiento de faxes (Internet FAX). 

TIFF/FX, Tagged Image Format Internet FAX 

Orden de Bytes:

Los tiff soportan dos tipos de endiannes (orden de bytes):

• Tipo II, o little-endian conocido como el “intel byte ordering”
• Tipo MM, o big-endian conocido como el “motorola byte ordering”

Compresión

Tiff soporta varios algoritmos de compresión:

CCITT: Esta asociado a la compresión en intercambio de documentos en la tecnología de  fax, pero también puede asociarse a documentos escaneados. Se usa en imágenes de blanco y negro puro (profundidad de 1bit)

LZW (Lempel-Ziv & Welch algorithm): Es un algoritmo sin perdida lanzado en 1984 y adoptado por Tiff desde la década de los 90. Produce buenos resultados en imágenes de 8 bits de profundidad (aunque también puede ser usado con 16bits) e imágenes con colores planos o pocos colores. Se trata de un algoritmo propietario, la patente inicial ya ha caducado pero sus derivadas están sometidas a bastantes discusiones.

ZIP: Fue un método de compresión sin pérfida introducido por Adobe entorno al 2002. Esta basado en el conocido algoritmo Deflate presente en las librerías de compresión tipo zip (zlib o gzip). Produce buenos resultados en imágenes fotográficas con profundidades de campo superiores a 8bits

JPEG: Es el conocido método de compresión con pérdida para imágenes de tono continuo. Dado que responde a la misma especificación de las habituales imágenes .jpeg, posee las mismas características.

PackBits: Se trata de un algoritmo sin pérdida muy simple propuesto por Macintosh. Era un algoritmo que ofrecía buenos resultados en imágenes bitonales o escalas de grises, aunque también soportaba imágenes en color basadas en paletas. Era usado con frecuencia en escáneres de documentos. Actualmente se encuentra bastante en desuso.

RLE (Run Length encoding) Es un algoritmo, con múltiples variantes, de compresión muy sencillo y antiguo, utilizado con frecuencia por en el formato de imagen GIF. Se usa en imágenes de tono no continuo o paletas (iconos, etc).

Hay que prestar atención a que dicho formatos no están siempre soportados por todos los programas de edición o visualización de imágenes.

JPEG

Es un conocido algoritmo de compresión con pérdida, propuesto en 1992 por el Join Photographic Expert Group. Y reflejado en diversos estándares públicos como el T.81 de la ITU-T o la ISO 10918-1 de 1994.

Hay que tener en cuenta que JPEG es una forma de codificación y descodificación de la información y no un contenedor de datos. Como contenedor o “formato” existen diversas especificaciones como la JIF (JPEG Interchange Format) raramente usada, y la JFIF (JPEG File Interchange Format). En la actualidad existen múltiples formas para dar formato a un archivo JPEG siguiendo las especificaciones JIF y particularmente EXIF (Exchangeable File Format) en cuanto a la formación de este tipo de imágenes por parte de cámaras fotográficas.

Compresión JPEG:

El proceso de compresión sucede en varias fases, a través del cual se aplican diversas estrategias orientadas a eliminar información de la imagen pero respetando la escena a nivel del sistema de percepción humano:

1. Se hace una transformación del espacio de color RGB a YCbCr
2. Se aplica un submuestreo del croma, por lo cual los atributos de croma (CbCr) para un espacio YCbCr se pueden muestrear respecto a la luminancia (Y). De forma que la información de croma puede quedar intacta 4:4:4, reducida a la mitad 4:2:2 o a la cuarta parte 4:2:0. Algunos programas permiten tomar decisiones sobre el submustreo.
3. La imagen se divide en bloques para reducir el tiempo de procesamiento. El tamaño del bloque va en relación al submuestreo de forma que 8x8 => 4:4:4, 16x8 => 4:2:2 y 16x16 => 4:2:0.
4.  Cada bloque es sometido a la Transformada Discreta del Coseno (DCT) a partir de la cual la imagen se convierte de un dominio espacial a un dominio de frecuencial.
5.  Finalmente tras la DCT se realiza una cuantificación digital, la cual aprovecha el fenómeno por el que la percepción humana no es capaz de discernir variaciones de brillo muy altas en áreas muy pequeñas. Lo que permite eliminar altas frecuencias de la escena sin que esto afecte a la percepción.

jpeg soporta un tamaño máximo de imagen de 65535×65535, y 8 bits por canal.

JPEG-LS

En 1993 se propuso una nueva estrategia de compresión sin perdida Lossless (LS) para los derivados de algoritmos JPEG sin pérdida, y puede presentarse en forma tanto de algoritmos basados en esquemas predictivos al formato JPEG2000

JPEG 2000

Es una nueva propuesta lanzada por la Join Photographic Expert Group como mejora en la compresión de la imagen. Como ventajas presenta menos artefactos así como la ausencia de bloques, que sin embargo acaban por enturbiar la imagen de forma global. Posee ciertas mejoras en la carga progresiva la cual lo hacen idóneo para el mundo del vídeo, y da soporte para compresión sin pérdida. En PS se puede instalar el plugin a través de http://www.fnordware.com/j2k/, que nos da soporte hasta 16Bits.

Uno de las mejoras sustanciales del algoritmo es el abandono de la discreta del coseno DCT, a favor de la transformada de wavelet

Portable Network Graphics (PNG)

Se trata de un formato de imagen que surge entorno a 1996 como reacción a la patente del algoritmo LZW así como la naturaleza propietaria del formato GIF de Compuserve. Aunque se trata de un formato con compresión sin pérdida, que da soporte a imágenes tanto de paletas como de tono continuo (color verdadero) en 8 o 16 bits, su orientación es hacia el intercambio de gráficos a través de la red. En 2003 pasó a definirse como un estándar bajo la ISO 15948.

Los PNG soportan compresión basada en ZIP (deflate). Además soporta entrelazado pero no animación como los tradicionales GIFs.

PICT

Se trata de un formato, tipo metarchivo (contenedor que puede albergar diferentes tipos de datos) pudiendo albergar tanto imágenes raster como vector. PICT estaba íntimamente ligado al trabajo con la API gráfica de Apple QuickDraw, que con su abandono en las versiones OsX, dicho formato fue sustituido por otros contenedores como PDF. Su uso en herramientas con PS está relegado a temas de retrocompatibilidad con sistemas antiguos.

Digital Imaging and Communication in Medicine (DICOM)

DICOM es un estándar de intercambio de imágenes médicas ampliamente aceptado y que va mucho más allá de las meras imágenes sino que también incluye protocolos de red, etc...
El formato de imagen DICOM propiamente es un contenedor caracterizado por su conjunto de metadatos relativos al ámbito de la medicina, y por otra parte los datos de imagen codificados y comprimidos en diversos estándares como JPEG, LZW, RLE, etc.

Flash XML Graphics (FXG)

Como su nombre indica se basa en un formato de imagen descrito por la especificación XML. FXG fue propuesto por Adobe orientado sobretodo al intercambio de imágenes entre aplicaciones, asociadas particularmente a Adobe Flash. El modelo XML  ha diseñado de forma muy parecida a SVG. Hasta 16 Bits

Picture Exchange (PCX)

Se trata de un formato antiguo comprimido con algoritmos RLE. Su desarrollo estuvo asociado a las primeras herramientas gráficas basadas en DOS, y aunque inicialmente trabajaba con paletas de colores, posteriormente fue ampliado dar soporte a imágenes de 24bits.

BMP

Como BMP o Bitmap image file,  se conoce al popular formato de imagen de entornos Microsoft, con soporte para datos comprimidos, para el caso de la versión indexada con algoritmos RLE o Huffman. De este formato se desprende lo que Microsoft llama Device Independent Bitmat o DIB, destinados al intercambio de imágenes entre diferentes herramientas o dispositivos.

Mapas de bits portátiles

Se trata de un conjunto de especificaciones cuyos orígenes se remontan a los años 80 orientadas al intercambio de datos entre plataformas.
En la actualidad se pueden encontrar en forma Portable Pixmap Format (PPM) para RGB, Portable Graymap Format (PGM) para escalas de grises y Portable Bitmap Format (PBM) para blanco y negro puro, o de forma genérica Portable Anymap (PNM).
Sin embargo a veces las extensiones se confunden, por ejemplo PS usa PBM cuando realmente debería usar PPM. Soporta hasta 32Bits

La codificación de los datos se puede hacer en ASCII o de forma binaria, dependiendo del “Magic Number” de la cabecera del archivo, por ejemplo P1 es un PBM en ASCII, mientras P6 es PPM en Binario. Por ejemplo PS suele usar siempre codificación binaria para sus archivos de mapas de bits portátiles.

Interchange File Format (IFF)

Se trata de un formato de imagen que se remonta a mediados de los años 80 lanzado por la colaboración entre Commodore y Amiga.

A partir de este formato se desarrollo en 1991 el Resource Interchange File Format de la mano de Microsoft e IBM como un contenedor genérico orientado a multimedia. También InterLeaved BitMap (ILBM) y también el conocido formato de audio de Apple Audio Interchange File Format. Hasta 16bits

SCITEX CT

Como Scitex Continuous Tone nos referirnos a un formato propietario de la empresa israelí SCITEX especializada en temas gráficos, dividida en diferentes divisiones que acabaron vendidas a compañías como Kodak o HP. Este formato estaba asociado al trabajo con escáneres de dicha compañía, en ámbitos profesionales de la imagen.

TARGA

Los ficheros TGA o Truevisión Advanced Raster Adapter, es un formato que se desprende de la compañia Truevisión (actualmente AVID) y se remonta a mediados de los años 80, y era usado de forma nativa por sus tarjetas gráficas.

El formato TGA permite compresión sin perdida RLE e imágenes de hasta 32bits.

Desktop Color Separations (DCS)

Los archivos DCS son una variante de los archivos EPS propuesta por Quark y tienen la característica de poder almacenar separaciones de color CMYK para el intercambio de información entre herramientas gráficas o impresión a través de impresoras postscript. Para el trabajo en entornos Adobe, existe un propio formato de dicha compañía denominado Photoshop DCS, diseñado para minimizar problemas de compatibilidad entre sus herramientas.

EPS

El formato de PostScript Encapsulado es un conformado DSC (Document Structuring Conventions) o lo que es lo mismo un documento sujeto a una serie de estándares de PostScript. Los documentos PostScript son descripciones orientadas informar a determinado tipo de impresoras como debe imprimirse un trabajo.  Las diferencias entre archivos EPS y PS (PostScript) no es mucha, y de forma somera un archivo EPS esta formado por un único documento así como las instrucciones para su impresión, mientras que un PS puede estar formado por varios documentos. Una de las ventajas, ya un poco superadas, es que los EPS incluían previsualizaciones de los archivos verctoriales que contenian, las cuales eran usadas por Photoshop, sin embargo en las ultimas versiones de esta herramienta, ya es capaz de rasterizar gráficos vectoriales.
Durante mucho tiempo los EPS fueron una forma segura de intercambiar información ya sea raster o vectorial entre aplicaciones.

Photoshop (PSD)

Se trata del formato nativo de dicha herramienta, el cual soporta todas las funciones características del trabajo con este entorno, así como compatibilidad con el resto de herramientas de Adobe.

Adicionalmente este fabricante también dispone de los conocidos como archivos raw de Photoshop, los cuales, responden a una codificación más o menos simplificada de una imagen ya editada, con el fin de maximizar la compatibilidad entre herramientas.

Por otra parte Photoshop también dispone de los denominados “documentos grandes” un formato de imagen destinados al trabajo con imágenes de hasta 300.000 px, y HDR de 32bits, ya que a partir de 30.000px algunas funciones de PS con formatos de imagen tradicionales pueden no estar disponibles. Hay que tener en cuenta que una gran parte de aplicaciones limitan el uso de imágenes de más de 2Gb.

Digital Picture Exchange (DPX)

Se trata de un formato de archivo muy interesante y a su vez ligado a la industria del video, ya que ha propuesto como un estándar de la la SMPTE y la ANSI como intermediario digital en digitalización de películas o efectos especiales, en resumen el almacenamiento de fotogramas. La principal característica de este formato es la capacidad para representar la densidad de cada canal de color. Donde la gamma de la película original queda correctamente almacenada. Por otra parte los DPX contienen numerosa metadata relativa a la codificación del color y todo tipo de información relativa a la gestión de planos y secuencias. Soporte para 16bits

Dicho formato es un derivado del conocido formato cineon, diseñado por Kodak para sus escáneres de película. Photoshop permite exportar de forma nativa a cineon.

OpenEXR

Se trata de un formato libre, liberado en 1999, destinado a contener imágenes en alto rango dinámico (hasta 30 ev). Soporta profundidades de 16 y 32 bits en coma flotante

Soporta diversos algoritmos de compresión como el RLE, ZIP, PIZ (una versión de Huffman/Wavelet), PXR24 (de Pixar) y B44/B44A.

Esta disponible como plugin para PS.

Radiance

Se trata de un formato de imagen orientado a HDR codificado bajo el formato RGBE con soporte hasta 32 bits