Альфа-канал и RLE: как TGA устроен внутри

Анатомия файла: три части

Если заглянуть внутрь файла .tga специальной программой, которая показывает его «сырое» содержимое (так называемый шестнадцатеричный редактор), видно, что формат на удивление логичен. Любой TGA-файл (в современной версии 2.0) состоит из трёх крупных частей:

1. Заголовок — короткий блок в начале, описывающий картинку.
2. Данные изображения — собственно пиксели, со сжатием или без.
3. Footer — необязательный «хвост» в конце с метаданными и подписью формата.

Никаких контрольных сумм на каждый блок, как в PNG, и никакой энтропийной магии, как в JPEG. Эта простота — фирменная черта TGA; если хочется понять, откуда она взялась исторически, загляните в статью «Что такое TGA».

Заголовок из 18 байт

Сердце формата — компактный заголовок ровно из 18 байт. В нём упаковано всё, что нужно декодеру, чтобы правильно прочитать пиксели. Вот ключевые поля:

Любопытная особенность: в самом начале файла нет «магической» сигнатуры. Большинство форматов начинаются с опознавательных байтов (PNG — с ‰PNG, JPEG — с FF D8), а TGA сразу стартует с длины описания. Поэтому надёжно опознать TGA по началу файла нельзя — приходится либо смотреть на подпись в footer (см. ниже), либо доверять расширению.

Типы изображения: 2, 10 и другие

Второй байт заголовка — Image Type — пожалуй, самое важное поле. Именно оно решает, как именно хранятся пиксели. Значений несколько:

На практике вы почти всегда встретите два значения: тип 2 (несжатый true-color) и тип 10 (тот же true-color, но сжатый RLE). Остальные типы — наследие 1980-х, когда память была дорогой и изображения часто хранили через палитру. Заметьте симметрию: типы 9, 10 и 11 — это ровно типы 1, 2 и 3 плюс RLE.

RLE-сжатие на пальцах

RLE (Run-Length Encoding) в TGA устроен очень наглядно — это простой и давно известный способ сжатия (тот же, что применяли, например, на старых компьютерах Mac). Изображение кодируется не пиксель за пикселем, а пакетами. Каждый пакет начинается с одного служебного байта. У него есть самый первый, «главный» бит (в технике его зовут старшим), и именно он решает, что будет дальше:

Гениальность в том, что декодеру не нужно ничего «угадывать»: первый бит каждого пакета прямо говорит, повтор это или набор разных пикселей. Поэтому RLE распаковывается мгновенно. Минус — он эффективен только там, где есть длинные ряды одинаковых пикселей: на иконках, логотипах, ровных фонах. На фотографии, где почти каждый пиксель уникален, RLE может даже чуть-чуть увеличить размер (из-за управляющих байтов). Подробнее о том, как это влияет на вес файла, — в сравнении «TGA против PNG».

Альфа-канал: 8 бит на прозрачность

Теперь о прозрачности. Сколько бит уходит на альфа-канал, зависит от глубины цвета пикселя:

• 32 бита: 8 бит на красный, 8 на зелёный, 8 на синий и 8 на альфу. Это 256 уровней прозрачности — плавные полупрозрачные тени, стекло, дым.
• 16 бит: по 5 бит на цвет и всего 1 бит на альфу — пиксель либо полностью виден, либо полностью прозрачен, без полутонов.
• 24 бита: только цвет, альфа-канала нет.

Сколько именно бит отведено под прозрачность, записано в младших битах байта 17 (Image Descriptor). Там же лежит флаг порядка строк — он-то и отвечает за классическую проблему «перевёрнутого» TGA: старые файлы хранят строки снизу вверх, и если декодер это поле проигнорирует, картинка окажется вверх ногами.

Footer 2.0 и подпись TRUEVISION-XFILE

В 1989 году вышла версия формата 2.0, которая добавила в конец файла необязательный footer длиной 26 байт. Это и есть граница между старым TGA 1.0 и современным 2.0. Footer хранит:

• Смещение к области расширений (4 байта) — там лежат дата, имя автора, настройка яркости (гамма) и маленькая картинка-превью.
• Смещение к области разработчика (4 байта) — место для произвольных данных конкретной программы.
• Подпись — ASCII-строка TRUEVISION-XFILE. с завершающим нулевым байтом (18 байт).

Та самая подпись TRUEVISION-XFILE — это «опознавательный знак» TGA 2.0. Поскольку в начале файла сигнатуры нет, именно по этой строке в конце программы понимают, что перед ними честный TGA версии 2.0, а не обрезок или файл старой версии.

Зачем это знать на практике

Понимание внутренней кухни TGA — это не только эрудиция. Оно помогает в реальных ситуациях:

• Осознанный экспорт. Зная про типы 2 и 10, вы понимаете, что галочка «RLE» при сохранении — это выбор между «меньше размер» и «совсем без сжатия», и оба варианта без потерь.
• 32 против 24 бит. Нужна прозрачность — сохраняйте 32 бита (с альфой). Не нужна — 24 бита сэкономят место.
• «Перевёрнутая» картинка. Теперь вы знаете, что виноват флаг порядка строк в дескрипторе, и проблема лечится отражением по вертикали.

А если задача проще — просто открыть или опубликовать TGA, — глубоко в байты лезть не нужно: достаточно конвертировать файл в PNG, и все эти заголовки, типы и footer декодер обработает за вас.

Нужно собрать TGA из картинки с нужной глубиной и сжатием? Используйте PNG → TGA. Полный список преобразований — на странице форматов. А чтобы увидеть, где вся эта анатомия применяется на деле, прочитайте «TGA в играх и графике».