Web-дизайн. Статьи.

Оптимизация изображений в формате GIF

Mike Melnikov (cherry-design@mail.ru)
Web-studio "Cherry-Design"

Формат GIF сильно отличается от JPG и использует совершенно другие методы оптимизации. Он предназначен для хранения изображений с количеством цветов не более 256, поддерживает палитру и использует сжатие без потерь по методу LZW.

Методы оптимизации можно разделить на следующие типы (исключая оптимизацию анимированных GIFов):

• уменьшение количества цветов
• оптимизация палитры изображения
• стилизация изображения
• искажение размеров изображения
• фрагментарная оптимизация
• оптимизация "прозрачных" изображений
• использование чересстрочной развертки

Теперь разберемся по порядку с этими методами и приемами оптимизации.

Уменьшение количества цветов

Для большинства изображений, не являющихся фотографиями, количество необходимых для воспроизведения цветов часто меньше 256. Лишние цвета можно убрать из изображения, тем самым уменьшив его размер. Это возможно потому, что GIF поддерживает размер палитры меньше 256 цветов. Теоретически, мы можем задать любое число цветов палитры в диапазоне 2-256, например, 37 цветов или 101. Практически же, количество цветов в изображении выбирается из ряда: 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256. Это связано с тем, что для представления цвета используется всегда целое число бит, а приведенный выше ряд является рядом максимального количества цветов при использовании от 1 до 8 бит на пиксель (1bpp-8bpp). В случае, если мы используем, допустим, только 101 цвет в рисунке, для сохранения пикселя все равно будет использовано 7 бит. Поэтому при оптимизации количества цветов нужно ориентироваться на приведенный выше ряд. Это позволит получить более качественную картинку. Сравните два изображения - они не очень-то и отличаются, но левое использует полную палитру в 256 цветов, а правое - палитру, состоящую только из 32 цветов. И, соответственно, различаются размеры файлов (примерно в 2 раза).

Оптимизация палитры изображения

Преобразование полноцветного изображения в индексное (т.е. - с использованием палитры) является важной операцией, и тут нужно сказать несколько слов о том, как это делается современными графическими пакетами.

Палитра конечного изображения может быть либо фиксированной, либо оптимизированной. В первом случае графический редактор просматривает каждую точку изображения и подбирает ей ближайшую по цвету из палитры. Этот способ дает самые худшие результаты с точки зрения верности воспроизведения цветов. Попробуйте, например, преобразовать фотографию красной розы в индексное изображение, используя палитру, содержащую оттенки зеленого ;) Это, конечно, крайний случай, но это даст Вам возможность оценить качество преобразования с использованием фиксированной палитры. Тем не менее, данный способ применяется - в основном для того, чтобы изображения приемлемо выглядели на мониторах с малым количеством цветов (16, 256). Обычно в этом случае пользуются т.н. палитрой Netscape (или безопасной палитрой), состоящей из набора часто используемых цветов и их оттенков. Палитра Netscape гарантирует, что изображения, использующие эту палитру, будут одинаково показаны всеми броузерами. Для иллюстрации - посмотрите на два изображения: левое использует оптимизированную палитру, а правое - фиксированную палитру Netscape.

Во втором случае, когда используется оптимизированная палитра, графический редактор вначале анализирует рисунок и составляет список всех используемых в изображении цветов. Далее, на основании частоты появления цветов, составляется палитра, которая называется оптимизированной. После этого, уже обычным способом, просматривается рисунок, и цвет пикселя изменяется на ближайший из палитры. Этот способ дает гораздо лучшие результаты (см. рисунок выше), и именно его следует применять, если у Вас нет иных причин для использования фиксированной палитры.

При оптимизации конкретного изображения задача состоит в том, чтобы выбрать наиболее оптимальное количество цветов в палитре. Тут уместно сказать о способе увеличения количества используемых цветов при их недостатке, т.н. дизеринг (Dithering). Например, у нас есть 16 стандартных чистых цветов, а нам нужен отсутствующий оранжевый цвет. В таком случае, мы можем составить его из красных и желтых точек, разместив их в шахматном порядке. Издалека нашим глазам покажется, что это сплошной оранжевый цвет. Это классический пример дизеринга; его использование при преобразовании изображений может дать очень хорошие результаты. Но с точки зрения оптимизации размеров файла происходит совсем обратное. Дизеринг может увеличить размер файла, причем довольно существенно (он может стать больше, чем до оптимизации :). А все дело в методе хранения изображения форматом GIF. Изображение перед сохранением на диске подвергается сжатию методом LZW, а основная особенность этого метода заключается в том, что сжатию лучше всего поддаются области, заполненные однородным цветом, и хуже всего - области, состоящие из набора разноцветных точек. Дизеринг же как раз и основан на том, что получает недостающие цвета путем "перемешивания" точек разных цветов. Поэтому к оптимизации при помощи дизеринга нужно относиться очень аккуратно и по возможности не использовать. Ниже приведены две картинки: обе используют фиксированную палитру, но к правой применен дизеринг, а к левой - нет. Посмотрите, как изменилось изображение, а заодно обратите внимание на размеры файлов.

Стилизация изображения

Для уменьшения количества используемых цветов в изображениях, содержащих фотографические сюжеты, возможно применение стилизации фотографии. Для этого можно воспользоваться такими приемами, как тонирование изображения и применение художественных фильтров, имитирующих рисунки. Фотографии, обработанные таким способом, будут сжиматься лучше и требовать палитру, содержащую менее 256 цветов.

Искажение размеров изображения

Следующий метод оптимизации основан на искажении размеров рисунка. Его нельзя применять к обычным рисункам, но он очень хорошо подходит для рисунков, состоящих из элементов типа линий и однородных областей. Допустим, нам понадобился рисунок, представляющий из себя черный квадрат (Малевича ;) размером 100x100 пикселей. Для уменьшения размера файла сделаем т.н. однопиксельный (т.е. размером 1x1 пиксель) GIF черного цвета. Как обычно, вставим его в HTML-файл, но размеры картинки укажем те, что нужны нам (100x100). Броузер сам растянет наш пиксель до нужных размеров, а мы получим большую экономию :). Подобным же образом можно использовать однопиксельные GIFы других цветов, но наибольшую пользу может принести прозрачный однопиксельный GIF. При помощи него удобно задавать пустышки на страницах, абзацные отступы, фиксировать минимальную ширину (высоту) таблицы и делать другие полезные вещи.

Методом искажения очень удобно создавать графические разделительные линии. Достаточно нарисовать ее сечение шириной (высотой) в один пиксель, а в HTML-документе указать нужную ширину линии (или высоту, если линия вертикальная). Линия, расположенная под абзацем, сделана именно таким способом.

Фрагментарная оптимизация

Фрагментарная оптимизация применяется в случае, если у нас есть некоторое большое изображение, содержащее сильно отличающиеся по количеству цветов области. В этом случае изображение можно разрезать на фрагменты и поместить их в таблицу, тогда в броузере оно будет выглядеть как единое целое. Теперь каждый фрагмент исходного рисунка мы оптимизируем отдельно. Для фрагментов, содержащих мало цветов, вполне может хватить палитры в 8 или 16 цветов, а для богатых цветами фрагментов можно использовать полную палитру в 256 цветов или сохранить в формате JPG. Этот способ позволяет уменьшить объем, занимаемый исходным файлом, примерно раза в 2-3 (в зависимости от конкретного изображения); кроме того, изображение будет загружаться более равномерно, т.к. все фрагменты будут качаться параллельно. Хотя, если количество фрагментов превысит 10, то возможного выигрыша и не получится, т.к. каждый фрагмент должен будет хранить свою копию палитры и служебной информации.

Оптимизация "прозрачных" изображений

Формат GIF позволяет сохранять т.н. "прозрачные" изображения. На самом деле, GIF не поддерживает прозрачность в изображениях (т.н. альфа-канал), он лишь позволяет назначить одному любому цвету в палитре атрибут прозрачности. Когда броузер рисует на экране такой GIF, то, встречая "прозрачный" пиксель, он просто игнорирует его и не печатает на экране. Само по себе это хорошо, но в случае использования метода сглаживания краев изображения (anti-aliasing) и последующего сохранения в формате GIF, возникает проблема появления ореола вокруг прозрачного изображения в случае, если GIF показывается на фоне, отличном от того, на котором происходил anti-aliasing. Это прямое следствие отсутствия поддержки канала прозрачности форматом GIF. Единственным способом уменьшения проявления этого эффекта является назначение прозрачным пиксела по цвету, близкому к фону, на котором будет использоваться GIF, и проведение anti-aliasing'а на этом же фоне. Ниже приведены два изображения: на левом anti-aliasing проведен на белом фоне, и поэтому ореол не заметен, а на правом - на контрастном синем, и ореол хорошо виден.

Использование чересстрочной развертки

И, наконец, еще об одной особенности формата. Версия GIF89a позволяет сохранять файлы с использованием чересстрочной развертки. При использовании этого способа строчки, составляющие изображение, перемежаются, и при загрузке броузер вначале показывает каждую 8-ую строчку, потом каждую 4-ую, каждую 2-ую, и, наконец, загружается полное изображение. Это немножко похоже на жалюзи :). При этом посетитель вашей странички сможет понять, что же нарисовано на данной картинке, не дожидаясь ее полной загрузки, что очень удобно. Так что, если у Вас нет на то иных причин, записывайте все GIF-файлы с использованием чересстрочной развертки. Приведенные ниже изображения показывают разницу при загрузке нормальных (слева) и чересстрочных (справа) изображений.