Формат файлов PNG для разработчиков

  1. Введение
    1. Общий обзор статьи.
    2. Краткое объяснение PNG формата и его применения в разработке.
  2. История и развитие PNG формата
    1. Краткая история формата PNG.
    2. Развитие и изменения в PNG формате на протяжении времени.
    3. Распространенность и популярность PNG в современной веб-разработке.
  3. Техническое устройство PNG
    1. Базовая структура PNG файлов.
    2. Описание ключевых компонентов, таких как заголовок, IDAT, IHDR и другие.
    3. Цветовые модели и прозрачность в PNG.
    4. Сжатие данных в PNG файлах.
  4. Преимущества и недостатки PNG
    1. Преимущества PNG: прозрачность, поддержка цветовых моделей, нет потери качества при сжатии и т.д.
    2. Недостатки PNG: размер файлов, некоторые проблемы совместимости и т.д.
    3. Сравнение PNG с другими распространенными форматами изображений, такими как JPEG и GIF.
  5. Работа с PNG в разработке
    1. Обработка PNG файлов с использованием популярных языков программирования (JavaScript, Python, etc.)
    2. Библиотеки и инструменты для работы с PNG.
    3. Оптимизация PNG для веб-приложений и мобильных приложений.
  6. Будущее PNG в разработке
    1. Текущие тенденции в использовании PNG и прогнозы на будущее.
    2. Перспективные технологии, которые могут заменить или дополнить PNG.
  7. Заключение
    1. Резюме основных точек статьи.
    2. Значимость PNG для разработчиков сегодня и в будущем.
    3. Призыв к дальнейшему изучению темы.

 

1. Введение

1.1. Общий обзор статьи

В данной статье я рассмотрю особенности формата файлов PNG, широко используемого в веб-разработке и дизайне. Мы погрузимся в детали технической структуры PNG, рассмотрим его преимущества и недостатки, а также исследуем варианты его эффективного использования. Этот материал будет полезен для веб-разработчиков, UI/UX дизайнеров, и в целом, для всех, кто в своей работе сталкивается с обработкой и использованием изображений.

1.2. Краткое объяснение PNG формата и его применения в разработке

PNG, или Portable Network Graphics, это графический формат файлов, разработанный как безпатентная альтернатива формату GIF. Однако PNG предлагает намного больше, чем просто альтернатива. С его возможностями прозрачности, «lossless» сжатия (сжатия без потери качества), и поддержкой широкого спектра цветов, PNG стал популярным выбором для хранения изображений в вебе и за его пределами.

В мире цифровой графики и веб-разработки существует множество форматов файлов, каждый из которых имеет свои уникальные особенности и назначение. PNG — один из наиболее универсальных и широко применяемых форматов.

В контексте разработки, PNG часто используется для создания иконок, изображений, которые должны наложиться на разные фоны, или в тех случаях, когда необходимо сохранить высокое качество изображения при сжатии. При правильном использовании, PNG может сделать сайт или приложение более профессиональным и красочным, улучшая визуальный опыт пользователя.

Я надеюсь, что данная статья станет отправной точкой в понимании важности формата PNG и его возможностей в веб-разработке.

Формат файлов PNG для разработчиковФормат файлов PNG для разработчиков

 

2. История и развитие PNG формата

2.1. Краткая история формата PNG

Формат файлов PNG был разработан в середине 90-х годов как ответ на проблемы с патентами, связанными с форматом GIF, который до того был стандартом для веб-графики. Необходимость в новом формате, свободном от юридических ограничений, стала очевидной. В результате, группа энтузиастов и специалистов по графике, известных как PNG Development Group, начала разработку нового формата.

Их целью было создать формат, который бы сохранял преимущества GIF, такие как поддержка прозрачности и возможность сжатия без потерь, но при этом предлагал более широкие возможности, например, поддержку большего количества цветов. И так, в 1996 году, был представлен формат PNG.

2.2. Развитие и изменения в PNG формате на протяжении времени

С тех пор PNG прошёл долгий путь развития. В отличие от формата GIF, который ограничивал изображения палитрой из 256 цветов, PNG предлагает полную цветовую гамму. В дополнение к этому, PNG внедряет функцию альфа-канала, которая позволяет управлять уровнем прозрачности изображений с более тонким контролем, чем это возможно в GIF.

С течением времени были внесены и другие усовершенствования, включая внедрение интерлейсинга (технологии, позволяющей изображению отображаться частично, пока оно еще загружается), и улучшенного сжатия.

2.3. Распространенность и популярность PNG в современной веб-разработке

Сегодня формат PNG занимает важное место в веб-разработке и дизайне. Его гибкость, качество изображения и поддержка прозрачности делают его выбором номер один для многих задач, связанных с графикой.

Он широко используется во всех областях, от создания веб-иконок и логотипов до сложной графики для игр и приложений. Большинство современных веб-браузеров и графических редакторов поддерживают формат PNG, что еще больше усиливает его распространенность и востребованность.

Кроме того, с появлением технологий веб-анимации и сложных веб-приложений, возможности PNG продолжают расширяться, что делает его важной частью будущего веб-разработки.

 

3. Техническое устройство PNG

3.1. Базовая структура PNG файлов

Файлы PNG обладают уникальной структурой, которая определяет способ хранения и обработки изображений. Основой структуры является серия «чанков» или блоков, каждый из которых содержит специфическую информацию об изображении.

Каждый PNG файл начинается с 8-байтового заголовка, который служит для идентификации формата файла. За ним следуют различные «чанки», содержащие информацию о размерах изображения, цветовой гамме, данных изображения и так далее.

3.2. Описание ключевых компонентов, таких как заголовок, IDAT, IHDR и другие

  • Заголовок: Заголовок PNG файла всегда состоит из восьми байтов: 137, 80, 78, 71, 13, 10, 26, 10. Эти числа служат для идентификации формата PNG.
  • IHDR: Это первый и обязательный «чанк» в каждом PNG файле. IHDR содержит основную информацию об изображении, включая его ширину, высоту, глубину цвета, цветовую модель, метод сжатия, фильтр и интерлейсинг.
  • IDAT: Это «чанк», в котором хранятся фактические данные изображения. Количество блоков IDAT может варьироваться в зависимости от размера изображения. Эти «чанки» содержат сжатые и фильтрованные данные пикселей изображения.
  • IEND: Этот «чанк» сигнализирует об окончании файла. Он не содержит никаких данных и всегда состоит из нулевых байтов.

Формат файлов PNG для разработчиков

3.3. Цветовые модели и прозрачность в PNG

PNG поддерживает несколько цветовых моделей, включая серую шкалу, truecolor, индексированный цвет и комбинации этих моделей с альфа-каналом. Глубина цвета может варьироваться от 1 до 16 бит на канал.

Альфа-канал в PNG обеспечивает поддержку прозрачности. Это может быть как простая бинарная прозрачность (пиксель полностью прозрачен или полностью непрозрачен), так и уровень прозрачности, определяемый значениями в альфа-канале (что позволяет плавные переходы прозрачности).

Альфа-канал — это концепция в компьютерной графике, которая используется для определения уровня прозрачности каждого пикселя на изображении. Он позволяет создавать эффекты прозрачности и полупрозрачности, что придает изображениям глубину и реалистичность.

Альфа-канал используется в формате PNG, а также в других форматах, таких как TIFF и WebP. В контексте PNG, альфа-канал может быть 8-битным (то есть каждый пиксель может иметь 256 уровней прозрачности) или 16-битным (то есть 65536 уровней прозрачности) в зависимости от глубины цвета изображения.

Спецификация PNG определяет альфа-канал следующим образом: значение 0 означает полную прозрачность, а максимальное значение (255 для 8-битных изображений или 65535 для 16-битных изображений) означает полную непрозрачность.

Это очень полезно для создания изображений с необычной формой или границей, которые в противном случае было бы трудно разместить поверх других изображений без видимых прямоугольных границ. Кроме того, градиенты прозрачности могут быть использованы для создания различных визуальных эффектов, таких как тени и затухание.

3.4. Сжатие данных в PNG файлах

PNG использует метод сжатия без потерь, известный как DEFLATE. Этот алгоритм комбинирует LZ77 и кодирование Хаффмана для эффективного сжатия данных без потери качества.

Читайте также  Как преобразовать файл в формат ISO?

Перед сжатием данные изображения также проходят через процесс фильтрации, который оптимизирует данные для последующего сжатия. PNG предлагает пять методов фильтрации, каждый из которых работает с определенным типом графических данных.

Совместное использование этих технологий позволяет PNG обеспечивать высокое качество изображений при относительно небольших размерах файлов.

DEFLATE — это алгоритм сжатия данных без потерь, который используется во многих системах, включая формат файлов PNG. Он был разработан Филом Кацем для PKZIP, программы сжатия файлов, и с тех пор стал общепринятым стандартом для сжатия данных без потерь.

Фил Кац

Алгоритм DEFLATE сочетает в себе два метода сжатия: LZ77 и кодирование Хаффмана.

1. LZ77: Этот метод основан на идее замены повторяющихся последовательностей данных на ссылки на предыдущие вхождения этих последовательностей. Вместо того, чтобы хранить каждую копию повторяющейся строки, LZ77 хранит только первое вхождение и заменяет последующие копии ссылками на первое вхождение. Эти ссылки представляют собой пары значений, где одно значение указывает расстояние назад до первого вхождения, а другое — длину повторяющейся последовательности.

2. Кодирование Хаффмана: После сжатия с использованием LZ77, DEFLATE применяет кодирование Хаффмана. Этот метод сжатия основан на использовании коротких кодов для часто встречающихся символов и более длинных кодов для редко встречающихся символов. Коды Хаффмана генерируются на основе вероятности появления символов, что позволяет дополнительно сжать данные.

Совместное использование LZ77 и кодирования Хаффмана позволяет алгоритму DEFLATE достичь высоких коэффициентов сжатия для многих типов данных. Несмотря на то, что он потребляет немного больше ресурсов процессора, чем некоторые другие алгоритмы сжатия, DEFLATE по-прежнему остается популярным выбором из-за своей эффективности и широкой поддержки.

 

4. Преимущества и недостатки PNG

4.1. Преимущества PNG

  • Прозрачность: Одно из главных преимуществ PNG — это поддержка альфа-канала. Это позволяет создавать изображения с переменной прозрачностью, что идеально подходит для оверлеев, иконок и других графических элементов, которые должны наложиться на другие изображения или фоны.
  • Поддержка цветовых моделей: PNG поддерживает широкий спектр цветовых моделей, включая палитровые изображения, полноцветные изображения и изображения в оттенках серого. Он также поддерживает глубину цвета до 16 бит, что позволяет отображать более глубокие и насыщенные цвета.
  • Нет потери качества при сжатии: PNG использует алгоритм сжатия без потерь, что означает, что качество изображения не ухудшается при его сжатии и последующем восстановлении.

4.2. Недостатки PNG

  • Размер файлов: Один из основных недостатков PNG — это относительно большие размеры файлов, особенно для больших изображений. Это может снизить скорость загрузки веб-страниц, особенно для пользователей с медленными интернет-соединениями.
  • Некоторые проблемы совместимости: Хотя PNG широко поддерживается большинством современных браузеров и графических редакторов, некоторые старые системы или специализированные программы могут не полностью поддерживать все функции PNG.

4.3. Сравнение PNG с другими распространенными форматами изображений, такими как JPEG, GIF, WebP

  • PNG vs JPEG: В то время как PNG использует сжатие без потерь, JPEG использует сжатие с потерями, что означает, что изображения JPEG могут потерять некоторое качество при сжатии. JPEG не поддерживает прозрачность, но обычно обеспечивает меньшие размеры файлов для изображений с большим количеством цветов или сложными деталями, такими как фотографии.
  • PNG vs GIF: Оба формата поддерживают прозрачность, но PNG предлагает большую глубину цвета и поддерживает альфа-канал для полупрозрачности. GIF поддерживает анимацию, но ограничен 256 цветами, в то время как PNG может отображать многие миллионы цветов.
  • PNG vs WebP: WebP — это формат изображений, разработанный Google, который предлагает как сжатие без потерь, так и с потерями. WebP обеспечивает значительное уменьшение размера файла по сравнению с PNG при сохранении схожего уровня качества. Это делает его привлекательным для веб-разработки, где размер файла является важным фактором для загрузки страницы. Как и PNG, WebP также поддерживает прозрачность через альфа-канал, что делает его подходящим для изображений, где требуется прозрачность. Однако, WebP не поддерживается всеми браузерами и системами (но ситуация стремительно улучшается). Поэтому, хотя WebP может предлагать преимущества в сжатии и качестве, его использование может быть ограничено из-за проблем совместимости. Из-за этого, PNG до сих пор остается более универсальным выбором для большинства веб-сайтов и приложений.

 

5. Работа с PNG в разработке

5.1. Обработка PNG файлов с использованием популярных языков программирования

  • PHP: PHP, как один из популярных языков веб-разработки, предлагает несколько встроенных функций и библиотек для работы с PNG файлами.
  • JavaScript: В JavaScript можно работать с PNG файлами с использованием встроенного объекта Image и canvas API для отрисовки изображений. Можно также использовать библиотеки, такие как jsPNG или node-png для более сложной обработки изображений, такой как манипуляции с пикселями или преобразования цветов.
  • Python: В Python для работы с PNG часто используется библиотека Pillow (PIL). Она предлагает широкий спектр функций для обработки изображений, включая чтение и запись PNG файлов, преобразование цветов, масштабирование и другие операции.

5.2. Библиотеки и инструменты для работы с PNG

В зависимости от конкретной задачи разработчики могут использовать различные инструменты и библиотеки:

  • GD: Библиотека GD в PHP обеспечивает широкий спектр функций для работы с изображениями, включая создание, манипуляции и вывод изображений PNG. Можно изменять размер изображения, накладывать фильтры, рисовать геометрические фигуры и текст на изображении и многое другое. PHP предлагает функции, такие как imagepng() для сохранения изображения в формате PNG, и move_uploaded_file() для загрузки изображений PNG на сервер от пользователей.
  • Imagick: Imagick — это более мощная и гибкая альтернатива GD, основанная на библиотеке ImageMagick. Она поддерживает большее количество форматов и операций, и может обеспечить лучшее качество изображения для некоторых задач.
  • ImageMagick: Это мощный инструмент командной строки и библиотека для обработки изображений, поддерживающий множество форматов, включая PNG.
  • libpng: Это официальная библиотека для работы с PNG, доступная для множества языков программирования, включая C и C++.
  • TinyPNG / OptiPNG / pngquant: Это инструменты для оптимизации PNG, которые могут значительно уменьшить размер файлов без видимой потери качества.

5.3. Оптимизация PNG для веб-приложений и мобильных приложений

Оптимизация изображений PNG важна для увеличения скорости загрузки веб-страниц и улучшения общей производительности приложений:

  • Сжатие: Использование инструментов сжатия, таких как TinyPNG или pngquant, может значительно уменьшить размеры файлов PNG без значительной потери качества. Всегда проверяйте и валидируйте файлы, прежде чем их обрабатывать, и используйте инструменты оптимизации, чтобы уменьшить размеры файлов для более быстрой загрузки страницы.
  • Lazy loading: Для веб-страниц может быть полезной техника «ленивой загрузки», при которой изображения загружаются только тогда, когда они появляются в области видимости пользователя.
  • Responsive images: Вместо использования одного большого изображения PNG для всех устройств, можно использовать разные версии изображений в зависимости от размера экрана и разрешения устройства пользователя.
  • CSS Sprites: Склеивание множества изображений в один спрайт PNG и использование CSS для отображения только нужной части изображения может помочь уменьшить количество HTTP-запросов и увеличить скорость загрузки страницы.
Читайте также  Где находится файл Steam exe?

 

6. Будущее PNG в разработке

6.1. Текущие тенденции в использовании PNG и прогнозы на будущее

Сегодня формат PNG остается одним из наиболее широко используемых форматов для изображений в веб-разработке и обработке изображений. Его поддержка прозрачности и качество сжатия без потерь делают его выбором номер один для многих приложений.

Однако с увеличением объема передаваемых данных и повышением требований к скорости загрузки веб-страниц, форматы, обеспечивающие более высокую степень сжатия без потерь в качестве, такие как WebP, могут стать более предпочтительными.

При этом PNG, вероятно, останется востребованным для определенных задач, таких как изображения с прозрачностью, графика высокого качества и сохранение изображений без потерь.

6.2. Перспективные технологии, которые могут заменить или дополнить PNG

Несмотря на широкое распространение PNG, развитие технологий не стоит на месте. Новые форматы изображений и технологии постоянно разрабатываются и могут внести значительные изменения в способы работы с изображениями в веб-разработке.

  • WebP: Как уже упоминалось, формат изображений WebP от Google обеспечивает существенное улучшение сжатия и качества по сравнению с PNG. Поскольку его поддержка браузерами продолжает улучшаться, он может заменить PNG во многих случаях.
  • AVIF: AVIF — это еще один новый формат изображений, который обещает значительно превзойти PNG, JPEG и даже WebP по качеству и сжатию. Он основан на кодеке AV1 и поддерживает широкий динамический диапазон (HDR) и широкий цветовой гамут.

AV1

AV1 (AOMedia Video 1) — это открытый и свободный от патентных сборов видеокодек, разработанный Альянсом для открытых медиа (AOMedia).

Цель создания AV1 заключается в предложении альтернативы стандартам видеокодеков, которые включают патентные сборы, таким как H.264 и H.265/HEVC. AV1 спроектирован для эффективного сжатия видеоданных и обеспечивает от 30% до 50% лучшее сжатие по сравнению с кодеком VP9 от Google и H.265/HEVC при сопоставимом качестве изображения.

HDR (High Dynamic Range)

HDR, или Широкий динамический диапазон, — это технология, которая позволяет изображениям и видео представлять гораздо более широкий диапазон цветов и уровней яркости, чем обычный стандартный динамический диапазон (SDR).

В SDR-изображениях уровень яркости ограничен, и детали могут теряться в очень ярких или темных областях. HDR решает эту проблему, обеспечивая гораздо более глубокие черные цвета, яркие белые оттенки и все промежуточные уровни яркости между ними.

Это особенно полезно для изображений и видео с большим контрастом между светлыми и темными областями, и может значительно улучшить общее качество и реалистичность изображений.

HDR

  • JPEG XL: Это новый формат, который также стремится обеспечить улучшенное сжатие и качество изображения. Он поддерживает прозрачность, анимацию и очень высокое разрешение, что делает его потенциальным преемником не только JPEG, но и PNG.
  • FLIF / FUIF: Это экспериментальные форматы изображений, которые предлагают потенциально лучшее сжатие без потерь и другие преимущества. Однако на текущий момент они не широко поддерживаются и находятся в стадии разработки.

В то время как все эти новые технологии обещают улучшения, они все еще сталкиваются с проблемами совместимости и поддержки, и многие из них еще не готовы к широкому использованию. В любом случае, PNG, вероятно, останется важным инструментом для разработчиков в обозримом будущем.

 

7. Заключение

7.1. Резюме основных точек статьи

В ходе нашего обзора мы подробно рассмотрели формат файлов PNG и его роль в разработке. Начиная с истории и развития формата, углубились в его техническую структуру, включая ключевые компоненты, цветовые модели, прозрачность и механизм сжатия. Мы также обсудили преимущества и недостатки PNG, сравнив его с другими популярными форматами изображений, такими как JPEG, GIF и WebP. Рассмотрели основные инструменты и практики для работы с PNG в разработке и обсудили будущие перспективы этого формата.

7.2. Значимость PNG для разработчиков сегодня и в будущем

Сегодня PNG остается неотъемлемым инструментом для разработчиков во всем мире. Его уникальные свойства, такие как поддержка прозрачности и сжатие без потерь, делают его идеальным выбором для многих задач, связанных с веб и графическим дизайном.

В то же время появление новых технологий и форматов изображений, таких как WebP, AVIF и JPEG XL, предлагает новые возможности для улучшения производительности и качества изображений. Тем не менее, в силу своих уникальных преимуществ и широкой поддержки, PNG, вероятно, будет играть важную роль в веб-разработке и в ближайшем будущем.

7.3. Призыв к дальнейшему изучению темы

Изучение формата PNG — это только часть увлекательного путешествия в мир графических форматов и дизайна, а также веб-разработки. Для полного понимания этой темы рекомендуется изучить и другие форматы изображений, а также углубиться в вопросы сжатия изображений и оптимизации веб-приложений. Следуя за изменениями в этой области и экспериментируя с новыми технологиями, вы сможете создавать веб-приложения, которые выглядят отлично и работают быстро. А для полного погружения в изучение — традиционно рекомендую агрегатора курсов в направлении IT — TopKursov.ru

Борис Аладышкин/ автор статьи

Приветствую! Я являюсь руководителем данного проекта и занимаюсь его наполнением. Здесь я стараюсь собирать и публиковать максимально полный и интересный контент на темы связанные с современными технологиями и программным обеспечением. Уверен вы найдете для себя немало полезной информации. С уважением, Борис Аладышкин.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Itsovet61.ru
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: