Как видит разработчик файл изображения: общая "структура файла", несмотря на разные форматы

С точки зрения пользователя файл изображения – это просто «один рисунок».\nС точки зрения разработчика он выглядит иначе: это бинарные данные, содержащие изображение, но при этом это структурированный документ, в котором описано, как эти данные интерпретировать.

В этой статье мы отложим детали конкретных форматов (JPG/PNG/WebP) и сосредоточимся только на общих структурах, которые встречаются в большинстве файлов изображений. Терминология будет минимальной, а объяснения – только по структуре.

Файл изображения – это не «пиксели», а «байтовый набор с правилами»

Схема структуры файла изображения

Ключевые элементы, которые обычно присутствуют в файле изображения:

  1. Область идентификации: указывает, к какому формату относится файл.
  2. Информация для интерпретации: размер, цветовое представление и т.д. – «как читать» данные.
  3. Собственные данные изображения: обычно хранятся в сжатом/кодированном виде.

Названия и расположение могут отличаться, но общая схема почти неизменна.

1) Файловый сигнатур: первый индикатор типа файла

Большинство файлов изображений начинаются с уникального паттерна байтов – сигнатуры. Это надёжнее расширения.

  • Расширение можно изменить пользователем.
  • Сигнатура же, если не соответствует формату, почти невозможно распознать.

Для разработчика тип файла определяется не по имени, а по первым байтам.

Сигнатура обычно короткая, но служит отправной точкой для чтения заголовка.

2) Заголовок: минимальная информация, необходимая для восстановления пикселей

После сигнатуры следует заголовок, содержащий данные, необходимые декодеру для восстановления пикселей.

Ключевые сведения:

  • Ширина/высота: width, height
  • Способ цветового представления: RGB, наличие альфа‑канала и т.д.
  • Точность (битность): 8‑бит, 16‑бит и т.д.
  • Метод чтения данных: наличие сжатия/кодирования и необходимые преобразования.

Важно: пиксельные данные обычно «не читаемы напрямую»; файл сначала сообщает, как их читать.

Без заголовка даже наличие данных не гарантирует корректную интерпретацию.

3) Метаданные: информация о файле, а не о самом изображении

В файле могут храниться дополнительные сведения, не обязательные для отображения изображения, но полезные в приложениях.

  • Время съемки, данные камеры, ориентация (поворот)
  • Информация о цветовой схеме
  • Миниатюра для предпросмотра
  • Информация о редакторе, авторские права и т.д.

С точки зрения разработчика:

  • Метаданные может быть или не быть.
  • Они могут влиять на работу (например, ориентация).
  • Могут содержать проблемы безопасности/конфиденциальности (например, GPS‑данные).

Поэтому иногда нужно обрабатывать и метаданные.

4) Данные изображения: обычно хранятся в сжатом/кодированном виде

Цель файла изображения – хранить и передавать данные. Поэтому данные обычно:

  • Не сжаты (редко, ограниченно): прямое хранение значений пикселей.
  • Сжаты/кодированы (обычно): преобразованы для экономии места.

Ключевой момент: данные в файле редко являются прямым массивом пикселей. Их нужно декодировать, чтобы получить пиксели в памяти.

Файл оптимизирован для хранения, а буфер пикселей – для обработки.

5) «Файл» и «память» – два разных вида

Разработчик видит изображение в двух формах:

  • Файл на диске – поток байтов: сигнатура + заголовок/метаданные + данные.
  • Объект в памяти – структура с width/height, буфером пикселей и вспомогательной информацией.

Типичный поток обработки:

  1. Читаем начало файла, определяем тип (сигнатура).
  2. Читаем заголовок, решаем, как декодировать.
  3. Декодируем данные в буфер пикселей.
  4. После этого применяем ресайз, crop, фильтры и т.д.

Таким образом, файл изображения – это структурированные данные, а не просто набор пикселей.

Итоги: чтение файла изображения – это интерпретация структуры

Несмотря на различия форматов, общая схема для разработчика: сигнатура → заголовок → (опционально) метаданные → данные изображения. Это не просто конвенция, а проектная идея, обеспечивающая надёжную и последовательную интерпретацию.

Когда мы говорим «открыть изображение», фактически происходит:

  • Определение типа по сигнатуре.
  • Получение правил чтения из заголовка.
  • При необходимости учёт метаданных.
  • Декодирование данных в пиксели памяти.

Понимание этой структуры позволяет быстро диагностировать проблемы даже без специализированных библиотек.

Предстоящая статья

  • Как python-magic и команда file в Linux связаны и как они определяют тип файла.
  • Что делают ключевые методы Pillow (PIL) – open(), load(), verify() – и когда их использовать.

Смотрите также: