主流计算机图像技术

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主流计算机图像技术

【摘要】计算机图形技术的应用无处不在，主流的图像技术细节却不为大众所知，本文介绍几种主要的技术，让人们对计算机图像有一定的认识和了解。

【关键词】图片;压缩技术;表色模型;计算机图像

本文向读者介绍一些主流的图片技术的特点和应用，使大家有一种粗略的认识，在平时应用中能够知其然。

一、计算机图形学基础知识

这里所说的图片指的是平面的直观的画面。

介绍图片之前简单介绍一下计算机图形学的基本知识。

表色模型：(1)RGB表色模型。

RGB表色模型根据人眼对光的识别作用，人类的眼睛对红(R)，绿(G)，蓝(B)三种颜色有最强的感受作用。

因此几乎所有颜色就是这三种颜色的不同组合。

所以CIE(国际照明委员会)通过实验确定以下白光可以由红，绿，蓝三种光按比例合成：R：G：B=1：4.5907：0.0601。

(2)YUV模型。

YUV是多媒体技术中广泛采用的彩色模型，NTSC((美国)国家电视标准委员会的)的RGB模型与YUV模型之间的变换关系为Y=0.30R+0.59G+0.11B，U=0.493(B-Y)，V=0.877(R-Y)。

二、计算机中的图像格式

位图图像(bitmap)：(1)技术简介位图(图1)也叫又称光栅图(Raster graphics)，它由单个的色彩像素通过不同的排列组合方式构成图像。

是使用像素阵列来表示的图像，每个像素的颜色信息由RGB组合或者灰度值表示。

根据颜色信息所需的数据位分为

1、

4、

8、

16、24及32位等，位数越高颜色越丰富，相应的数据量越大。

其中使用1位表示一个像素颜色的位图因为一个数据位只能表示两种颜色，所以又称为二值位图。

通常使用24位RGB组合数据位表示的的位图称为真彩色位图。

(2)编码方式。

RGB位图颜色的一种编码方法，用红、绿、蓝三原色的光学强度来表示一种颜色。

这是最常见的位图编码方法，可以直接用于屏幕显示。

CMYK位图颜色的一种编码方法，用青、品红、黄、黑四种颜料含量来表示一种颜色。

常用的位图编码方法之一，可以直接用于彩色印刷。

三、JPEG(Joint Photographic Experts Group(联合图像专家小组))

(1)技术简介JPEG是最普遍在万维网(World Wide Web)上被用来储存和传输照片的格式。

JPEG的压缩方式通常是破坏性资料压缩(lossy pression)，意即在压缩过程中图像的品质会遭受到可见的破坏，但是带来的效果是很显著的，在满足一般效果的前提下压缩比可以达到约1/6。

在较差效果下可以达到约1/20。

(2)编码方式。

JPEG使用YUV模型，这个模型在前文中已经述及。

这种编码系统非常有用，因为人类的眼睛在Y成份可以比U和V看得更仔细。

使用这种知识，编码器

(encoder)可以被设计得更有效率地压缩影像。

四、GIF(Graphics Interchange Format图形交换格式)

(1)技术简介GIF是一种位图图形文件格式，以8位色(即256种颜色)重现真彩色的图像。

它实际上是一种压缩文档，采用LZW压缩算法进行编码，有效地减少了图像文件在网络上传输的时间。

它是目前广泛应用于网络传输的图像格式之一。

(2)编码及解码。

GIF主要是为数据流而设计的一种传输格式，而不是作为文件的存储格式。

它具有顺序组织形式而不是随机组织形式。

GIF有五个主要部分以固定顺序出现，所有部分均由一个或多个区块(block)组成。

每个块由第一个字节中的标识码或特征码标识。

这些部分的顺序为：头块、逻辑屏幕描述块、可选的全局色彩表块(调色板)、各图像数据块(或专用的块)以及尾块(结束码)。

五、PNG便携式网络图片(Portable work Graphics)

(1)技术简介PNG，是一种无损数据压缩位图图形文件格式。

PNG格式是无损数据压缩的，允许使用类似于GIF格式的调色板技术，支持真彩色图片，并具备阿尔法通道(半透明)等特性。

现在有很多人使用PNG格式于互联网及其他方面上。

另有说法是名称来源于非官方的PNG is Not GIF，是一种模仿GNU的递归命名法。

(2)编码及解码。

PNG图像格式文件由一个8字节的PNG文件署名(file signature)域和3个以上的后续数据块(chunk)组成。

文件包括8字节文件署名(89 50 4E 47 0D 0A 1A 0A，十六进制)，用来识别PNG格式。

PNG定义了两种类型的数据块：一种是PNG文件必须包含、读写软件也都必须要支持的关键块(critical chunk);另一种叫做辅助块(ancil

lary chunks)，PNG允许软件忽略它不认识的附加块。

这种基于数据块的设计，允许PNG格式在扩展时仍能保持与旧版本兼容。

关键数据块中有4个标准数据块：文件头数据块IHDR(header chunk)：包含有图像基本信息，作为第一个数据块出现并只出现一次;调色板数据块PLTE(palette chunk)：必须放在图像数据块之前;图像数据块IDAT(image data chunk)：存储实际图像数据。

PNG数据允许包含多个连续的图像数据块;图像结束数据IEND(image trailer chunk)：放在文件尾部，表示PNG数据流结束。

六、TIFF标签图像文件格式(Tagged Image File Format)

(1)技术简介TIFF是一种主要用来存储包括照片和艺术图在内的图像的文件格式。

TIFF与JPEG和PNG一起成为流行的高位彩色图像格式。

(2)编码及解码。

TIFF 是一个灵活适应性强的文件格式。

通过在文件标头中使用标签，它能够在一个文件中处理多幅图像和数据。

标签能够标明图像的如图像大小这样的基本几何尺寸，或者定义图像数据是如何排列的，或者是否使用了各种各样的图像压缩选项。

例如，TIFF可以包含JPEG和进程长度编码压缩的图像。

TIFF文件也可以包含基于矢量的裁剪区域(剪切或者构成主体图像的轮廓)。

使用无损格式存储图像的能力使TIFF文件成为图像存档的有效方法。

与JPEG不同，TIFF文件可以编辑然后重新存储而不会有压缩损失。

其它的一些TIFF文件选项包括多层或者多页。

由于多页的特性，以及大容量的支持(最高到4GB)，TIFF目前主要应用于印刷领域。

参考文献

[1]孙即祥.图像处理[M].北京：科学出版社，2004：47～53