画像ファイル形式

画像ファイル形式は、デジタル画像のファイル形式です。 JPEG、PNG、GIFなど、使用できる形式は多数あります。 2022 年までのほとんどの形式は、3D 画像ではなく 2D 画像を保存するためのものでした。 画像ファイル形式で保存されるデータは、圧縮されている場合も圧縮されていない場合もあります。 データが圧縮される場合は、非可逆圧縮または可逆圧縮を使用して圧縮されます。 グラフィック デザイン アプリケーションでは、ベクター形式がよく使用されます。 一部の画像ファイル形式では、透明度がサポートされています。

ラスター形式は2D 画像用です。3D 画像は、ステレオグラムやオートステレオグラムのように 2D 形式で表現できますが、この 3D 画像は真のライト フィールドではないため、輻輳と調節の矛盾が生じる可能性があります。

画像ファイルは、これらの形式のいずれかのデジタル データで構成されており、そのデータはデジタル (コンピュータ) ディスプレイに表示したり、プリンタを使用して印刷したりできます。デジタル画像情報を表示するための一般的な方法は、歴史的にラスタライズでした。

ラスター画像ファイルのサイズは、画像内のピクセル数と色深度 (ピクセルあたりのビット数) と正の相関関係にあります。ただし、画像はさまざまな方法で圧縮できます。圧縮アルゴリズムは、元の画像の正確な表現または近似値を、対応する解凍アルゴリズムを使用して元の形式に戻すことができる、より少ないバイト数で保存します。同じピクセル数と色深度の画像でも、圧縮後のファイル サイズは大きく異なる場合があります。2 つの画像で圧縮、ピクセル数、色深度がまったく同じ場合、元の画像のグラフィックの複雑さが異なると、圧縮アルゴリズムの性質により、圧縮後のファイル サイズも大きく異なる場合があります。一部の圧縮形式では、画像がそれほど複雑でない場合は、圧縮後のファイル サイズが小さくなることがあります。この特性により、一部のロスレス形式では、ロスレス形式よりもファイル サイズが小さくなることがあります。たとえば、グラフィックが単純な画像 (つまり、線画やアニメーション シーケンスなどの大きな連続領域を含む画像) は、ロスレス圧縮によって GIF 形式または PNG 形式になり、ロスレス JPEG 形式よりもファイル サイズが小さくなります。

たとえば、24 ビット カラーの 640  ×  480 ピクセルの画像は、ほぼ 1 メガバイトのスペースを占有します。

640  ×  480  ×  24 = 7,372,800 ビット = 921,600 バイト = 900  KiB

ベクター画像の場合、ファイル サイズはベクターの追加によってのみ増加します。

画像ファイルの圧縮アルゴリズムには、ロスレスとロッシーの 2 種類があります。

ロスレス圧縮アルゴリズムは、圧縮されていない元の画像の完全なコピーを保持しながらファイル サイズを縮小します。ロスレス圧縮では、通常、非可逆圧縮よりもファイル サイズが大きくなりますが、常にそうとは限りません。画像を編集するときに再圧縮の段階が蓄積されるのを避けるには、ロスレス圧縮を使用する必要があります。

非可逆圧縮アルゴリズムは、元の圧縮されていない画像の表現を保持します。これは完全なコピーのように見えますが、完全なコピーではありません。多くの場合、非可逆圧縮は可逆圧縮よりもファイル サイズを小さくすることができます。ほとんどの非可逆圧縮アルゴリズムでは、画像の品質とファイル サイズをトレードオフする可変圧縮が可能です。

独自のタイプを含めると、画像ファイルの種類は数百種類あります。PNG、JPEG、GIF 形式は、インターネットで画像を表示するために最もよく使用されます。これらのグラフィック形式のいくつかを以下にリストし、簡単に説明します。これらは、ラスターとベクターの 2 つの主要なグラフィック ファミリに分けられます。ラスター イメージは、主に (Web) 配信を目的とした形式 (つまり、比較的強力な圧縮をサポート) と、主にオーサリングまたは交換を目的とした形式 (非圧縮または比較的弱い圧縮のみ) にさらに分けられます。

ストレートな画像形式に加えて、メタファイル形式は、ラスター情報とベクター情報の両方を含むことができるポータブル形式です。例としては、 WMFやEMFなどのアプリケーションに依存しない形式があります。メタファイル形式は中間形式です。ほとんどのアプリケーションはメタファイルを開いて、それを独自のネイティブ形式で保存します。ページ記述言語は、テキスト、オブジェクト、および画像を含む印刷ページのレイアウトを記述するために使用される形式を指します。例としては、PostScript、PDF、およびPCLがあります。

JPEG (Joint Photographic Experts Group) は非可逆圧縮方式です。JPEG で圧縮された画像は通常、JFIF (JPEG File Interchange Format) またはExif (Exchangeable image file format) ファイル形式で保存されます。JPEGファイル名拡張子はJPGまたはJPEGです。ほぼすべてのデジタル カメラは、8 ビットのグレースケール画像と 24 ビットのカラー画像 (赤、緑、青にそれぞれ 8 ビット) をサポートする JPEG 形式で画像を保存できます。JPEG は画像に非可逆圧縮を適用するため、ファイル サイズを大幅に削減できます。アプリケーションは適用する圧縮の度合いを決定でき、圧縮の量は結果の視覚的な品質に影響します。圧縮が大きすぎない場合、画像の品質に顕著な影響や劣化はありませんが、JPEG ファイルは繰り返し編集および保存すると世代ごとに劣化します(JPEG は可逆画像ストレージも提供しますが、可逆バージョンは広くサポートされていません)。

GIF ( Graphics Interchange Format )は通常の使用では 8 ビットのパレット、つまり 256 色に制限されています (技術的には 24 ビットの色深度も可能です)。^{[1] [2] GIF は}LZWロスレス圧縮を使用しているため、単純な図、図形、ロゴ、漫画風の画像など、色の少ないグラフィックスの保存に最適です。LZWロスレス圧縮は、大きな領域が単色の場合により効果的ですが、写真やディザリングされた画像には効果が低くなります。GIF はシンプルで古いため、ほぼ普遍的なソフトウェア サポートを実現しています。アニメーション機能があるため、現代のビデオ形式に比べて圧縮率が低いにもかかわらず、画像アニメーション効果を提供するために今でも広く使用されています。

PNG ( Portable Network Graphics ) ファイル形式は、GIF に代わる無料のオープンソースの代替として作成されました。PNG ファイル形式は、8 ビット (256 色)のパレット画像 (すべてのパレット色にオプションで透明度を設定可能) と 24 ビットのトゥルーカラー (1600 万色) またはアルファ チャネルの有無にかかわらず 48 ビットのトゥルーカラーをサポートします。一方、GIF は 1 つの透明色を持つ 8 ビット パレットのみをサポートします。

JPEG と比較すると、PNG は画像に大きな均一な色の領域がある場合に優れています。写真の場合でも、非可逆圧縮によりファイル サイズが小さくなることが多いため、最終的な配布には JPEG が選択されることが多いですが、PNG は可逆圧縮であるため、編集プロセス中に画像を保存するのに適しています。

PNG は、GIF の特許フリーの代替手段を提供します (ただし、GIF 自体は現在特許フリーです)。また、TIFF の一般的な用途の多くを置き換えることもできます。インデックスカラー、グレースケール、およびトゥルーカラー画像がサポートされており、オプションでアルファ チャネルもサポートされています。Adam7インターレースにより、画像データのごく一部しか送信されていない場合でも早期プレビューが可能になり、Web ブラウザーなどのオンライン表示アプリケーションで役立ちます。PNG は、ガンマお​​よび色度データ、およびICC プロファイルを保存できるため、異機種プラットフォームで正確なカラー マッチングを行うことができます。

PNG から派生したアニメーション形式はMNGとAPNGで、これらは PNG と下位互換性があり、ほとんどのブラウザでサポートされています。

JPEG 2000 は、ロスレスとロスレスの両方の保存を可能にする圧縮規格です。使用される圧縮方式は、標準の JFIF/JPEG の方式とは異なります。品質と圧縮率が向上しますが、処理にはより多くの計算能力も必要になります。JPEG 2000 には、JPEG にはない機能も追加されています。JPEG ほど一般的ではありませんが、現在、プロの映画編集や配信で使用されています (たとえば、一部のデジタル シネマでは、個々の映画フレームに JPEG 2000 を使用しています)。

WebP は、2010 年にリリースされたオープン画像形式で、可逆圧縮と非可逆圧縮の両方を使用します。これは、画像ファイルのサイズを縮小して Web ページの読み込みを高速化するためにGoogleによって設計されました。その主な目的は、Web 上の写真の主要形式として JPEG に取って代わることです。WebP はVP8のフレーム内コーディングに基づいており、 RIFFに基づくコンテナーを使用します。

2011年に^{[3] Googleは、}アニメーション、ICCプロファイル、XMPおよびExif メタデータ、タイリング に対するWebPのサポートを可能にする「拡張ファイル形式」を追加しました。

アニメーションのサポートにより、古いアニメーション GIF をアニメーション WebP に変換できるようになりました。

WebP コンテナ (WebP 用の RIFF コンテナ) は、WebP の基本的な使用例 (VP8 キー フレームとしてエンコードされた単一の画像を含むファイル) を超えた機能のサポートを可能にします。WebP コンテナは、次の追加サポートを提供します。

• ロスレス圧縮 - WebP ロスレス形式を使用して、画像をロスレスで圧縮できます。
• メタデータ – 画像には EXIF または XMP 形式で保存されたメタデータが含まれる場合があります。
• 透明度 – 画像には透明度、つまりアルファ チャネルがある場合があります。
• カラー プロファイル - 画像には、International Color Consortium によって記述された ICC プロファイルが埋め込まれている場合があります。
• アニメーション – 画像には複数のフレームがあり、その間に一時停止がある場合、アニメーションになります。^[4]

一般的なラスター形式のほとんどはHDRデータ (ピクセル コンポーネントごとに 32 ビットの浮動小数点値) を保存できないため、ここでは比較的古い形式や複雑な形式が依然として主流であり、個別に説明する価値があります。ただし、新しい代替形式も登場しています。RGBEは、 Radianceから生まれた HDR 画像の形式で、Adobe Photoshop でもサポートされています。JPEG -HDR は、RGBE エンコーディングに似た Dolby Labs のファイル形式で、JPEG XT Part 2 として標準化されています。

JPEG XT Part 7 には、4 つのプロファイル (AD) でエンコードされた拡張レイヤーを使用して、基本 8 ビット JPEG ファイルで浮動小数点 HDR 画像をエンコードするためのサポートが含まれています。プロファイル A は RGBE 形式に基づき、プロファイル B は Trellis Management の XDepth 形式に基づきます。

高効率画像ファイル形式( HEIF) は、 ISO ベースのメディア ファイル形式に基づいてMPEGによって標準化された画像コンテナ形式です。HEIF は任意の画像圧縮形式で使用できますが、HEIF 標準では、画像間予測を利用してHEVCイントラコード化画像と HEVC コード化画像シーケンスの保存が指定されています。

AV1 画像ファイル形式 (AVIF) は、ビデオ形式Av1の作成者であるビデオコンソーシアムAlliance for open media (AOMedia)によって標準化され、最新の圧縮アルゴリズムと完全にロイヤリティフリーの画像形式を活用します。AVIFコーディングによる画像形式を使用し、HEIFコンテナの使用を推奨しています。HEIFの AV1 を参照してください。

JPEG XL は、非可逆圧縮と可逆圧縮の両方をサポートするロイヤリティフリーのラスター グラフィック ファイル形式です。既存の JPEG ファイルの可逆再圧縮と、高精度 HDR (ピクセル コンポーネントあたり最大 32 ビットの浮動小数点値) をサポートします。配信とオーサリングの両方のユース ケースで使用できるように設計されています。

TIFF ( Tag Image File Format ) 形式は、通常TIFFまたはTIFファイル名拡張子を使用する柔軟な形式です。タグ構造は簡単に拡張できるように設計されており、多くのベンダーが独自の専用タグを導入しています。その結果、TIFF ファイルのすべての種類を処理できるリーダーは存在しません。TIFF は、ピクセル データの保存に選択した手法に応じて、非可逆または可逆になります。2値 (白黒) 画像に対して比較的良好な可逆圧縮を提供するものもあります。一部のデジタル カメラは、可逆保存用のLZW圧縮アルゴリズムを使用して、TIFF 形式で画像を保存できます。TIFF 画像形式は Web ブラウザーで広くサポートされているわけではありませんが、印刷業界では写真ファイルの標準として広く受け入れられています。TIFF は、特定の印刷機インク セットによって定義される CMYK など、デバイス固有の色空間を処理できます。OCR (光学式文字認識) ソフトウェア パッケージは、スキャンしたテキスト ページに対して何らかの形式の TIFF 画像 (多くの場合はモノクロ) を生成するのが一般的です。

BMP ファイル形式( Windows ビットマップ) は、コンピュータ グラフィックスの初期の頃に設計された、ラスター ベースのデバイスに依存しないファイル タイプです。Microsoft Windows OS 内でグラフィック ファイルを処理します。通常、BMP ファイルは圧縮されていないため、サイズが大きく、ロスレスです。その利点は、構造がシンプルで、Windows プログラムで広く受け入れられていることです。

Netpbm 形式は、ポータブル ピックスマップファイル形式 (PPM)、ポータブル グレーマップファイル形式 (PGM)、およびポータブル ビットマップファイル形式 (PBM)を含むファミリーです。これらは、純粋なASCIIファイルまたは ASCII ヘッダーを持つ生のバイナリ ファイルであり、非常に基本的な機能を提供し、異なるプラットフォーム間でピックスマップ、グレーマップ、またはビットマップ ファイルを変換するための最小公分母として機能します。いくつかのアプリケーションでは、これらをまとめて PNM (" Portable a N y M ap") と呼びます。

これらの画像形式には、さまざまな画像、レイヤー、オブジェクトが含まれており、それらから最終的な画像が構成されます。

• AFPhoto (アフィニティフォトドキュメント)
• CD5 ( Chasys 描画イメージ)
• CLIP（クリップスタジオペイント）
• CPT (コーレルフォトペイント)
• KRA (クリタ)
• MDP（メディバンとファイアアルパカ）
• PDN（ペイントドットネット）
• PLD (フォトラインドキュメント)
• PSD (Adobe PhotoShop ドキュメント)
• PSP (コーレルペイントショッププロ)
• SAI（ペイントツールSAI）
• XCF (eXperimental Computing Facility 形式) — ネイティブGIMP形式

• BPG ( Better Portable Graphics ) — 2014 年の画像形式。品質やファイル サイズが問題になる場合に JPEG を置き換えることを目的としています。そのために、ロスレス圧縮を含むHEVCビデオ圧縮規格のサブセットに基づく高いデータ圧縮率を特徴としています。さらに、さまざまなメタデータ (EXIF など) をサポートしています。
• DEEP — TVPaint で使用されるIFFスタイルのフォーマット
• DRW (描画ファイル)
• ECW (拡張圧縮ウェーブレット)
• FITS（フレキシブルイメージトランスポートシステム）
• FLIF (Free Lossless Image Format) — 圧縮率の点で PNG、ロスレス WebP、ロスレス BPG、ロスレス JPEG 2000 よりも優れているとされる、廃止されたロスレス画像形式。これは、CABAC (コンテキスト適応型バイナリ算術符号化) エントロピー符号化アルゴリズムのバリエーションである MANIAC (メタ適応型ニアゼロ整数算術符号化) エントロピー符号化アルゴリズムを使用します。
• ICO — 1 つ以上のアイコン ( BMPおよび/またはPNGのサブセット)のコンテナ
• ILBM —最大 32 ビットの平面表現に対応したIFFスタイルのフォーマット。オプションで 64 ビット拡張も可能。
• IMG（ERDAS IMAGINEイメージ）
• IMG (グラフィックス環境マネージャ(GEM) 画像ファイル) — 平面、ランレングスエンコード
• JPEG XR — Microsoft HD Photo に基づく JPEG 標準
• レイヤードイメージファイル形式—顕微鏡画像処理用
• Nrrd (ほぼ生のラスターデータ)
• PAM (Portable Arbitrary Map) — Netpbm ファミリーに後から追加されたもの
• PCX (PiCture eXchange) — 廃止
• PGF (プログレッシブ グラフィック ファイル)
• PLBM (Planar Bitmap) — Amiga独自のフォーマット
• SGI (Silicon Graphics Image) — Silicon Graphics ワークステーション用のネイティブ ラスター グラフィック ファイル形式
• SID (マルチ解像度シームレス画像データベース、MrSID)
• Sun Raster — 廃止
• TGA (TARGA) — 廃止
• VICAR ファイル形式— NASA / JPL画像転送形式
• XISF (拡張イメージシリアル化フォーマット)

上記のラスター画像形式（個々のピクセルの特性を表すデータ）とは対照的に、ベクター画像形式には、任意の表示サイズでスムーズにレンダリングできる幾何学的記述が含まれています。

ある時点で、すべてのベクター グラフィックは、デジタル モニターに表示するためにラスタライズされる必要があります。ベクター イメージは、一部の電子テスト機器、医療用モニター、レーダーディスプレイ、レーザー ショー、初期のビデオ ゲームなどで使用されているアナログCRTテクノロジで表示することもできます。プロッタは、ピクセル データではなくベクター データを使用してグラフィックを描画するプリンタです。

CGM ( Computer Graphics Metafile ) は、 2D ベクター グラフィックス、ラスター グラフィックス、およびテキストのファイル形式で、ISO / IEC 8632で定義されています。すべてのグラフィック要素は、バイナリ ファイルまたは 2 つのテキスト表現のいずれかにコンパイルできるテキストソース ファイルで指定できます。CGM は、特定のアプリケーション、システム、プラットフォーム、またはデバイスに依存しない 2D グラフィック情報のコンピュータ表現のためのグラフィック データ交換手段を提供します。テクニカル イラストレーションやプロフェッショナルデザインの分野ではある程度採用されてきましたが、 SVGやDXFなどの形式に大きく取って代わられました。

ガーバーフォーマット（別名拡張ガーバー、RS-274X）は、Ucamcoによって開発された2Dバイレベル画像記述フォーマットです。プリント回路基板またはPCBソフトウェアの事実上の標準フォーマットです。^[5]

SVG ( Scalable Vector Graphics ) は、Webやその他の用途で多用途でスクリプト可能な汎用ベクター形式を求めるニーズ (および複数の企業の試み) に応えるために、World Wide Web Consortiumによって作成および開発されたオープン スタンダードです。SVG 形式には独自の圧縮方式はありませんが、XMLのテキストの性質上、 gzipなどのプログラムを使用して SVG グラフィックを圧縮できます。スクリプトの可能性により、SVG はWeb アプリケーション(アプリケーションのように見え、動作するインタラクティブな Web ページ) の重要なコンポーネントです。

• AFDesign ( Affinity Designerドキュメント)
• AI ( Adobe Illustrator アートワーク) — Adob​​e Systemsが開発した独自のファイル形式
• CDR — CorelDRAWベクター グラフィック エディターの独自形式
• !DRAW — 1980 年代半ばに Acorn によって開始され、現在でもそのプラットフォームに存在しているRISC-OSコンピュータ システム用のネイティブ ベクター グラフィック形式 (いくつかの下位互換性のあるバージョンがあります)
• DrawingML — Office Open XML ドキュメントで使用
• GEM — Graphics Environment Manager VDI サブシステムによって解釈され書き込まれるメタファイル
• GLE (グラフィックス レイアウト エンジン) — グラフィックス スクリプト言語
• HP-GL (Hewlett-Packard Graphics Language) — Hewlett-Packard のプロッタで導入されたが、プリンタ言語として一般化された。
• HVIF (俳句ベクターアイコン形式)
• Lottie — ベクターグラフィックアニメーションのフォーマット
• MathML (数学マークアップ言語) — 数学表記を記述するための XML のアプリケーション
• NAPLPS (北米プレゼンテーション層プロトコル構文)
• ODG (オープンドキュメントグラフィックス)
• PGML ( Precision Graphics Markup Language ) — W3Cの提案だが勧告としては採用されなかった
• PSTricksとPGF/TikZはTeX文書でグラフィックを作成するための言語です。
• QCC — キルトマネージャ（Quilt EZ製）でキルトのデザインに使用
• ReGIS (リモート グラフィック命令セット) — DEC コンピュータ端末で使用
• リモートイメージングプロトコル- 低帯域幅リンクを介してベクターグラフィックスを送信するためのシステム
• TinyVG — SVGのバイナリ、よりシンプルな代替手段^[6]
• VML (ベクター マークアップ言語) — 廃止された XML ベースの形式
• Xar — Xaraのベクター アプリケーションで使用される形式
• XPS ( XML Paper Specific ) — ページ記述言語と固定ドキュメント形式

• AMF – 積層造形ファイル形式
• Asymptote – TeX を 3D に引き上げる言語。
• .blend – ブレンダー
• コラーダ
• ドイツ
• .dwf
• .dwg
• .dxf
• 電子図面
• .flt –オープンフライト
• FVRML および FX3D、VRML および X3D の機能ベースの拡張
• glTF - 3D アセット配信形式 (.glb バイナリ バージョン)
• HSFS
• IGES
• IMML – 没入型メディアマークアップ言語
• アイピーエー
• JT
• .MA (Maya ASCII 形式)
• .MB (Maya バイナリ形式)
• .OBJウェーブフロント
• OpenGEX – オープン ゲーム エンジン エクスチェンジ
• プライ
• POV-Rayシーン記述言語
• 中国
• ステップ
• SKP
• STL – ステレオリソグラフィー形式
• U3D – ユニバーサル 3D ファイル形式
• VRML – バーチャルリアリティモデリング言語
• 翻訳
• エクセレント
• エクセル
• 翻訳
• 3D の
• .3D
• 3DF
• .3DM
• .3ds – オートデスク 3D スタジオ
• 3DXML
• X3D – Xaraの 3D アプリケーションで使用されるベクター形式

これらは、ピクセル データとベクター データの両方、および PDF のインタラクティブ機能などのその他のデータも含む形式です。

• EPS (カプセル化PostScript )
• MODCA (混合オブジェクト:ドキュメント コンテンツ アーキテクチャ)
• PDF (ポータブルドキュメントフォーマット)
• PostScript、強力なグラフィック機能を備えたページ記述言語
• PICT (クラシック Macintosh QuickDraw ファイル)
• WMF / EMF ( Windows メタファイル/ 拡張メタファイル)
• SWF (ショックウェーブフラッシュ)
• XAML画像にベクター グラフィックスを使用するユーザー インターフェイス言語。

• MPOマルチ ピクチャ オブジェクト(.mpo) 形式は、複数の JPEG 画像 (カメラおよび画像機器協会) (CIPA) で構成されます。
• PNS PNG ステレオ (.pns) 形式は、PNG ( Portable Network Graphics )に基づくサイドバイサイド画像で構成されます。
• JPS JPEG ステレオ(.jps) 形式は、 JPEGに基づくサイドバイサイド画像形式で構成されています。

• ディスプレイ解像度
• ディスプレイのアスペクト比
• 一般的なディスプレイ解像度のリスト
• ディスプレイ解像度の標準