chp04_chp04_彩色数字图像基础彩色数字图像基础第第4章章 彩色数字彩色数字图像基像基础目目录4.1 视觉系系统对颜色的感知色的感知4.2 图像的像的颜色模型色模型4.2.1 显示彩色图像用RGB相加混色模型4.2.2 打印彩色图像用CMY相减混色模型4.3 图像的三个基本属性像的三个基本属性4.3.1 图像分辨率4.3.2 像素深度与阿尔法()通道4.3.3 真彩色、伪彩色与直接色4.4 图像的种像的种类4.4.1 矢量图与位图4.4.2 灰度图与彩色图4.5 伽伽马()校正校正4.5.1 的概念4.5.2 校正4.6 JPEG压缩编码4.6.1 JPEG算法概要4.6.2 JPEG算法的主要计算步骤4.6.3 JPEG压缩和编码举例4.7 图像文件格式像文件格式4.7.1 BMP文件格式4.7.2 GIF文件格式4.7.3 JPEG格式4.7.4 PNG格式参考文献和站点参考文献和站点 24.1 视觉系系统对颜色的感知色的感知n颜色是什么色是什么视觉系统对可见光的感知结果n可见光是波长在380780 nm之间的电磁波，由许多不同波长的光组合成的，因此有多种颜色的感觉颜色只存在于眼睛和大脑n人的视网膜有对红、绿、蓝颜色敏感程度不同的三种锥体细胞n杆状体细胞在光功率极低的条件下才起作用34.1 视觉系系统对颜色的感知色的感知(续)n视觉系系统对颜色感知的特性色感知的特性眼睛本质上是一个照相机红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同自然界中的任何一种颜色都可以由R，G，B这三种颜色值之和来确定，它们构成一个三维的RGB矢量空间44.2 图像的像的颜色模型色模型n显示彩色示彩色图像用像用RGB相加混色模型相加混色模型能发出光波的物体称为有源物体，它的颜色由该物体发出的光波决定n红绿蓝三种波长的光，不同的相对强度组合产生不同颜色RGB相加混色模型n组合红、绿和蓝光波来产生特定颜色的方法叫做相加混色法(additive color mixture) ，即RGB相加混色模型任何一种颜色都可用三种基本颜色按不同的比例混合得到颜色色R(%)G(%)B(%)比如：比如：255 0 0564.2 图像的像的颜色模型色模型(续1)当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为0时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为0时得到品红色；等量的绿蓝相加而红为0时得到青色。图4-1 彩色显像产生颜色的原理图4-2 相加混色74.2 图像的像的颜色模型色模型(续2)彩色图像n一幅彩色图像可以看成是由许多的点组成的n图像中的单个点称为像素(pixel)n一个像素值通常用R，G，B三个分量表示。RGB颜色000黑001蓝010绿011青100红101品红110黄111白表4-1相加色图4-3 一幅图像由许多像素组成84.2 图像的像的颜色模型色模型(续3)n打印彩色打印彩色图像用像用CMY相减混色模型相减混色模型不发光波的物体称为无源物体，它的颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定用n用彩色墨水或颜料进行混合，绘制的图画是一种无源物体，用这种方法生成的颜色称为相减色CMY相减混色模型n用三种基本颜色即青色、品红和黄色的颜料按一定比例混合得到颜色的方法，通常写成CMY，称为CMY模型n任何一种颜色都可以用青色、品红和黄色混合得到94.2 图像的像的颜色模型色模型(续4)在相减混色中, 当三基色等量相减时得到黑色；。按每个像素每种颜色用1位表示，相减法产生的8种颜色图4-4 相减混色10C(青色)M(品红)Y(黄色)相减色000白001黄010品红011红100青101绿110蓝111黑表4-3 相减色114.2 图像的像的颜色模型色模型(续5)n相加色与相减色是互相加色与相减色是互补色色相加混色和相减混色之间成对出现互补色利用它们之间的关系，可把显示的颜色转换成打印的颜色在RGB中的颜色值为1的地方，在CMY对应的位置上，其颜色值为0。例如，RGB为010时，对应CMY为101 相加混色(RGB)相减混色(CMY)生成的颜色000111黑001110蓝010101绿011100青100011红101010品红110001黄111000白表4-4 相加色与相减色的关系124.3 图像的三个基本属性像的三个基本属性n图像分辨率像分辨率(resolution)屏幕分辨率(screen resolution)n衡量显示设备再现图像时所能达到的精细程度的度量方法。也称显示分辨率n用“水平像素数垂直像素数”表示，如640480表示整个显示屏含有307200个显像点n传统电视屏幕的宽高比为4:3；高清晰度电视屏幕的宽高比为169图像分辨率(image resolution)n图像精细程度的度量方法。图像分辨率也称空间分辨率(spatial resolution)和像素分辨率(pixel resolution)134.3 图像的三个基本属性像的三个基本属性(续1)在图像显示应用中的图像分辨率表示法n(1) 物理尺寸：每毫米线数(或行数)n(2) 行列像素：像素/行行/幅，如640像素/行480行/幅n(3) 像素总数：如数码相机上标的500万像素n(4) 单位长度上的像素：如像素每英寸(pixels per inch，PPI)n(5) 线对(line pair)数：以黑白相邻的两条线为一对，如5对线在图像数字化和打印应用中的图像分辨率表示法n通常用多少点每英寸(dots per inch，DPI)表示，如300 DPIn分辨率越高，图像质量就越高，像素就越多，要求存储容量就越大图像分辨率与屏幕分辨率是两个不同的概念n从行列像素角度看，图像分辨率是构成一幅图像的像素数目，而屏幕分辨率是显示图像的区域大小 144.3 图像的三个基本属性像的三个基本属性(续2)n像素深度与阿像素深度与阿尔法法()通道通道 存储每个像素所用的位数n例如，用R，G，B三个分量表示的彩色图像，若每个分量用8位表示，那么一个像素共用24位表示，就说像素深度为24位像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者确定灰度图像的每个像素可能有的灰度级数n例如，像素深度为24位时，每个像素可以是224=16 777 216种颜色中的一种像素深度越深，表达的颜色数目就越多，所占用的存储空间也越大。相反，如果像素深度太浅，则影响图像的质量，图像看起来让人觉得很粗糙和很不自然154.3 图像的三个基本属性像的三个基本属性(续3)n阿阿尔法法()通道通道在每个像素用32位表示的图像表示法中的高8位，其余24位是颜色通道，红色、绿色和蓝色分量各占一个8位的通道 用于表示像素在对象中的透明度n例如，用两幅图像A和B混合成一幅新图像，新图像(New)的像素为：New pixel =(alpha)(pixel A color) +(alpha)(pixel B color)n又如，一个像素(A，R，G，B)的四个分量都用规一化的数值表示时，u像素值为(1，1，0，0)时显示红色，表示红色强度为1u像素值为(0.5，1，0，0)时，使用通道中的预乘数0.5与R，G，B相乘，其结果为(0.5,0.5,0,0)，表示红色强度为0.5 164.3 图像的三个基本属性像的三个基本属性(续4)n真彩色、真彩色、伪彩色与直接色彩色与直接色 真彩色(true color) n每个像素的颜色值用红(R)、绿(G)和蓝(B)表示的颜色n通常用24位表示，其颜色数22416 777 216种。也称24位颜色(24-bit color)或全彩色(full color)伪彩色(pseudo color)n将像素值当作彩色查找表(color look-up table，CLUT)的表项入口地址，查找显示图像时要使用的R，G，B值，用查找出的R，G，B值产生的彩色n使用查找得到的R，G，B数值显示的彩色是真的，但不是图像本身真正的颜色，它没有完全反映原图的颜色直接色(direct color)n每个像素值由R，G，B分量构成，每个分量作为单独的索引值对它做变换，用变换后的R，G，B值产生的颜色1716色标准VGA调色板 代码RGB颜色名称效果0000黑(Black)100128深蓝(Navy)201280深绿(DarkGreen)30128128深青(DarkCyan)412800深红(Maroon)51280128紫(Purple)61281280橄榄绿(Olive)7192192192灰白(Lightgray)8128128128深灰(Darkgray)900255蓝(blue)1002550绿(green)110255255青(cyan)1225500红(red)132550255品红(magenta)142552550黄(Yellow)15255255255白(white)调色板说明无真彩色显示，无需调色板调色板与图像原有颜色匹配，故颜色偏差很小调色板与原图不匹配，图像出现色偏4.4 图像的种像的种类n矢量矢量图(vector graphics) 根据数学规则描述而生成的图n用数学描述的点、线、弧、曲线、多边形和其他几何实体和几何位置来表示，创建的图是对象的集合而不是点或像素模式的图n绘制和显示矢量图的软件通常称为绘图程序(draw programs)；存放矢量图的存储格式称为矢量图格式优点n目标图像的移动、缩小或放大、旋转、拷贝、属性(如线条变宽变细、颜色)变更都很容易做到n相同或类似的图可以把它们当作图的构造块，并把它们存到图库中，这样不仅可加速矢量图的生成，而且可减小矢量图的文件大小局限性n很难用数学方法来描述真实世界的彩照，这就要用位图法表示204.4 图像的种像的种类(续1) 图4-5 矢量图与位图214.4 图像的种像的种类(续2)n位位图(bitmap，bitmapped image )用像素值阵列表示的图n对位图进行操作时，只能对图中的像素进行操作，而不能把位图中的物体作为独立实体进行操作。也称光栅图(raster graphics)n画位图或编辑位图的软件称为画图程序(paint programs)；存放位图的格式称为位图格式特性n位图的获取通常用扫描仪、数码相机、摄像机、录像机、视像光盘和相关的数字化设备n位图文件占据的存储空间比较大n影响位图文件大小的因素u图像分辨率u像素深度224.4 图像的种像的种类(续3)n灰度灰度图(gray-scale image或或intensity image)只有明暗不同的像素而没有彩色像素组成的图像只有黑白两种颜色的图像称为单色图像(monochrome/bit image)n每个像素的像素值用一位存储，其值是“0”或“1”用一个字节表示一个像素的灰度图(256级灰度)n一幅640480的灰度图像需要占据300 KB的存储空间图4-6 (a) 标准单色图图4-6(b) 标准灰度图234.4 图像的种像的种类(续4)n彩色彩色图像像(color image)每个像素包含颜色信息的图像。可按照颜色的数目划分n256色图像：每个像素的R、G和B值用一个字节来表示n真彩色图像：每个像素的R，G，B分量分别用一个字节表示图4-7 256色标准图像图4-8 24位标准图像244.5 伽伽马( )校正校正n 校正校正(gamma correction)为补偿显示设备非线性的显示特性而采用的校正技术n显示设备产生的光亮度与输入给它的电压之间呈现的关系为 光亮度 (输入电压) 其中，是幂函数的指数，是一个常数，用来衡量非线性部件的转换特性n在把输入电压送到显示设备之前对它做一次变换，使输入到显示设备的电压= (输入电压) ，这个变换称为校正n显示设备不同，的值也有所不同。阴极射线管(CRT)典型的值在2.252.45之间 254.5 伽伽马( )校正校正(续1)264.5 伽伽马( )校正校正(续2)274.5 伽伽马( )校正校正(续3)284.6 JPEG压缩编码nJPEG是什么是什么Joint Photographic Experts Group的缩写，联合图像专家组n目的：建立一种通用性很高的彩色图像压缩标准。JPEG标准n静态图像数据压缩标准，用于压缩灰度图像和彩色图像。两种基本压缩算法：u有损压缩算法u采用以预测技术为基础的无损压缩算法JPEG格式n存放使用JPEG压缩的图像文件交换格式294.6.1 JPEG要考要考虑的因素的因素n1、顺序序显示与累示与累进显示示类别典型代表显示方式硬拷贝图像电传顺序显示软拷贝图像检索服务系统、远程会议系统累进显示JPEG压缩编码不仅应提供顺序显示，还提供累进显示压缩编码不仅应提供顺序显示，还提供累进显示传真机传真机远程会议系统远程会议系统30n2、图像像质量的量的选择压缩比与失真31n3、失真、失真编码和无失真和无失真编码失真编码：编解码过程中产生了信息丢失。无失真编码：编解码过程中不产生了信息丢失。 JPEG算法考虑到广泛应用，不仅包括有失真编码，也包括无失真编码。32n4、JPEG算法是一种高效算法是一种高效编码方式方式既要减少存储容量，又要具有较好的图像质量。基本算法是以DCT，是一种不可逆的有失真的压缩编码。334.6.2 基本基本处理的算法理的算法n1、JPEG基本基本处理算法的主要步理算法的主要步骤34nJPEG算法主要包括算法主要包括正向离散余弦变换(FDCT)。 量化(quantization)。 使用DPCM对直流系数(DC)进行编码。 Z字形编码(zigzag scan)。 使用行程长度编码(run-length encoding，RLE)对交流系数(AC)进行编码。 35n2、DCT变换（1）像素块n对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成88的图像块。888888像素块1像素块2 像素块1像素块i像素块i+1像素块j每一个像素的值由每一个像素的值由f fij ij（i,j=0i,j=0，1 1，7 7）36n（2）正向离散余弦）正向离散余弦变换(FDCT)将88像素块进行DCT变换，把能量集中在少数几个系数上。 37n DCT变换使用下式使用下式计算算式中，式中，i，j表示像素在像素表示像素在像素块中的位置；中的位置； u，v表示表示DCT系数的位置；系数的位置； C(u), C(v) = 1/ （当（当u, v = 0）；）； C(u), C(v) = 1（当（当u, v 0 ）。）。 f(i, j)经经DCT变换之后，得到变换之后，得到64个系数个系数Fuv 。 F(0，0)是是直流系数直流系数，其他为交流系数。，其他为交流系数。 38反变换使用下式计算反变换使用下式计算 式中，式中，i，j表示像素在像素表示像素在像素块中的位置；中的位置； u，v表示表示DCT系数的位置；系数的位置； C(u), C(v) = 1/ （当（当u, v = 0）；）； C(u), C(v) = 1（当（当u, v 0 ）。）。39n经过反反变换，如果，如果fij的的值超超过指定的精指定的精度，度，则要要进行行“限幅限幅”处理。理。当当fij精度精度为8bit时，nfij 255；当fij 255nfij 0；当fij 4095nfij 0；当fij 040159 153 158 152 143 138 132 132164 162 162 157 151 142 134 132167 168 161 160 156 145 139 134164 168 161 166 162 152 149 141171 166 168 167 163 162 157 151173 164 169 170 166 166 162 161175 169 172 175 174 172 174 166173 172 175 173 180 181 177 172(a)8*8像素块260 49 -16 5 2 4 0 1-79 36 -2 -7 1 -3 -1 -2 0 -8 3 -2 -2 1 5 1 -8 -4 5 -4 1 7 6 -2 -2 -6 -1 0 -4 -1 0 -1 -3 -2 -1 -1 1 2 -5 -1 -4 -1 1 0 0 -2 2 0 1 1 1 1 -1 1 0 0 16 4 -2 0 0 0 0 0 -7 3 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0(b)DCT系数(c)量化DCT系数 16 11 10 16 24 40 51 61 12 12 14 19 26 58 60 55 14 13 16 24 20 57 69 56 14 17 22 29 51 87 80 62 18 22 37 56 68 109 103 77 24 35 55 64 81 104 113 92 49 64 78 87 103 121 120 101 72 92 95 98 112 100 103 99DCT（d）量化表说明量化41n3、量化、量化(quantization)量化是对经过FDCT变换后的频率系数进行量化。量化的目的是减小非“0”系数的幅度以及增加“0”值系数的数目。量化是图像质量下降的最主要原因。使用均匀量化器进行量化。42n变换系数系数Suv的量化利用量化表的量化利用量化表Quv完成。量完成。量化表化表对不同位置的不同位置的Suv取不同步取不同步长进行量化。行量化。n量化系数量化系数ruv=round(Suv/Quv)四舍五入运算。43n通通过Quv值的的选择，可，可实现图像像质量的控制。若量的控制。若设定定Quv值较小，可得到小，可得到较好的好的图像像质量。反之，量。反之，亦然。亦然。n因此，只要因此，只要变化量化表化量化表Quv，就能有效控制就能有效控制图像像质量和量和编码信息量。信息量。44表表1 亮度量化值表亮度量化值表 表表2 色度量化值色度量化值 人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化人眼对亮度信号比对色差信号更敏感，因此使用了两种量化表：亮度量化值和表：亮度量化值和色差量化值色差量化值。人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，因此图人眼对低频分量的图像比对高频分量的图像更敏感，因此图中的中的左上角的量化步距要比右下角的量化步距小左上角的量化步距要比右下角的量化步距小。量化表量化表45260 49 -16 5 2 4 0 1-79 36 -2 -7 1 -3 -1 -2 0 -8 3 -2 -2 1 5 1 -8 -4 5 -4 1 7 6 -2 -2 -6 -1 0 -4 -1 0 -1 -3 -2 -1 -1 1 2 -5 -1 -4 -1 1 0 0 -2 2 0 1 1 1 1 -1 1 0 0 16 4 -2 0 0 0 0 0 -7 3 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0DCT系数量化DCT系数 16 11 10 16 24 40 51 61 12 12 14 19 26 58 60 55 14 13 16 24 20 57 69 56 14 17 22 29 51 87 80 62 18 22 37 56 68 109 103 77 24 35 55 64 81 104 113 92 49 64 78 87 103 121 120 101 72 92 95 98 112 100 103 99量化表说明量化基于基于S00=260, Q00=16, 则则r00=round(260/16)=16基于基于S01=49, Q01=11, 则则r01=round(49/11)=4基于基于S10=-79, Q10=12, 则则r00=round(-79/12)=-746n4、熵编码使用哈夫曼编码器来减少熵，可以使用很简单的查表(lookup table)方法进行编码。高频符号分配短码，低频符号分配长码。这种可变长度的哈夫曼码表可以事先进行定义。 哈夫曼编码对DCT系数中的直流DC系数（r00）和交流AC系数（ r00以外）作进一步的压缩。47n（1）DC系数的哈夫曼系数的哈夫曼编码块延时+-+DC差分分 组一维哈夫曼编码DC码本表组号SSSS附加位DC码字DC系数的哈夫曼编码48DC系数的差分系数的差分n对DC系数的哈夫曼系数的哈夫曼编码不是直接不是直接对DC系数本身，系数本身，而是而是对相相邻像素像素块对应系数的差分系数的差分值进行行编码。像素块i-1像素块iDCi-1DCiDCi=DCi-DCi-1DC系数表示系数表示8*8像素块信号的像素块信号的平均值。相邻像素块间平均值。相邻像素块间DC系系数差值不会很大，而且很多数差值不会很大，而且很多趋于零。因此可以大大提高趋于零。因此可以大大提高编码效率。编码效率。49分分 组n哈夫曼哈夫曼编码将将DC系数的差分系数的差分值分成若干分成若干组，并以，并以SSSS表示不同的表示不同的组号。号。对于不同于不同组号的差分号的差分值，给予不同的附加字位，即在予不同的附加字位，即在编码数据后加上不同的数据后加上不同的附加位数据。附加位数据。50n例如，例如，组号号为3的差分的差分值为（-7.-4，4.7）包括数）包括数值范范围-7-4和和4-7的范的范围，整数整数值有：有：-7，-6，-5，-4 4，5，6，7n如果如果SSSS=3，附加位，附加位查表表为3，其附加位，其附加位的具体数据，由差分的具体数据，由差分值的大小所决定。的大小所决定。51n以第三组为例，附加位数值的分配如图：52哈夫曼哈夫曼编码n根据根据DC差分差分值的不同的不同组号，通号，通过码本表可决本表可决定定该差分差分值的哈夫曼的哈夫曼编码的数据的数据码字。字。53n设当前像素当前像素块i的的r00（DC值）为16，相，相邻前前一像素一像素i-1的的r00为25，其差，其差值为nDCi=16-25=-9差分值 附加值（四位）-15 0000-14 0001-13 0010-12 0011-11 0100-10 0101-9 0110-8 0111 8 1000 9 100110 101011 101112 1100 13 110114 111015 111154nSSSS=4，查亮度亮度DC系数系数码本表，本表，对应码字字101n附加位附加位编码0110DCi=-9的哈夫曼的哈夫曼编码码字字应为1010110差分值 附加值（四位）-15 0000-14 0001-13 0010-12 0011-11 0100-10 0101-9 0110-8 0111 8 1000 9 100110 101011 101112 1100 13 110114 111015 111155n（2）AC系数的哈夫曼系数的哈夫曼编码AC系数的哈夫曼编码Z形扫描附加位二维哈夫曼编码AC码本表组号SSSSAC码字AC系数系数=0YESNO分组行程统计56n量化后的系数要重新量化后的系数要重新编排，目的是排，目的是为了了增加增加连续的的“0”系数的个数，就是系数的个数，就是“0”的游程的游程长度，方法是按照度，方法是按照Z字形的字形的式式样编排。排。这样就把一个就把一个8 8的矩的矩阵变成成一个一个1 64的矢量，的矢量，频率率较低的系数放在低的系数放在矢量的矢量的顶部。部。 Z字形字形编码(zigzag scan)57量化量化DCT系数的编排系数的编排 0156141527282471316262942381217253041439111824314044531019233239455254202233384651556021343747505659613536484957586263AC01AC77DC58nAC系数的数系数的数值，一种，一种为零，称零，称为无效系无效系数，一种非零，称数，一种非零，称为有效系数。有效系数。行程行程长度度Z形扫描AC系数系数系数=0YESNO分组分组行程统计行程统计 16 4 -2 0 0 0 0 0 -7 3 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 059n连续的无效系数（零系数）的个数的无效系数（零系数）的个数为行行程程长度，以度，以RRRR表示。表示。n若从若从AC05前前连续出出现无效系数无效系数为5个，个，RRRR=5. 16 4 -2 0 0 1 0 0 -7 3 0 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 060n其方式与其方式与DC系数分系数分组类似。似。组号用号用SSSS表示。表示。分分 组组61n如果如果AC系数中，开始的有效系数系数中，开始的有效系数r01=4故，故，SSSS=3，附加位为，附加位为3，附加值为，附加值为10062nAC系数的哈夫曼系数的哈夫曼编码是基于是基于码本表本表进行行编码的。的。根据根据AC系数的分系数的分组号号SSSS和和该系数前无效系数系数前无效系数的行程的行程长度度RRRR可得到可得到该AC系数的系数的码字，再加字，再加上附加位，即可得到哈夫曼上附加位，即可得到哈夫曼编码的的码字。字。哈夫曼编码哈夫曼编码6364n所以，分所以，分组号号为SSSS=3，即，即RRRR=0，故，故RRRR/SSSS为0/3，查表表对应码字字为100，所以所以r01的哈夫曼的哈夫曼编码为100100n n如果如果Z扫描后第一个扫描后第一个AC系数系数r01=4，其前面的无效系数行程长度为零。其前面的无效系数行程长度为零。例例 165n有效系数有效系数r10=-7。nSSSS=3，RRRR=0，附加位，附加位码字字为000。nRRRR/SSSS=0/3，查表码字为，查表码字为100，所以，所以r01的哈夫的哈夫曼编码为曼编码为100000例例 266n有效系数有效系数r11=3,SSSS=2 ，附加位，附加位码字字为11。nr11前前r20为无效系数无效系数“零零”，RRRR=1。nRRRR/SSSS=1/2，查表码字为，查表码字为11011，所以，所以r11的哈的哈夫曼编码为夫曼编码为1101111差分值差分值 码字码字 -3 00 -2 01 2 10 3 11例例 3 有效系数有效系数r11674.7 图像文件格式像文件格式 图像文件格式是存像文件格式是存储图形或形或图像数据的数据像数据的数据结构构nBMP文件格式文件格式 bitmap的简写 Windows的标准位图文件格式与设备无关的位图(DIB)文件格式文件扩展名是.bmp684.7 图像文件格式像文件格式(续1) 文件结构nBMP位图文件可看成由4个部分组成u位图文件头(bitmap-file header)u位图信息头(bitmap-information header)u彩色表(color table) u位图的字节(byte)阵列n数据结构各部分的名称见表4-14组成部分的名称数据结构的名称位图文件头(bitmap-file header)BITMAPFILEHEADER位图信息头(bitmap-information header)BITMAPINFOHEADER彩色表(color table)RGBQUAD图像数据阵列字节(byte)BYTE表4-14 BMP图像文件结构694.7 图像文件格式像文件格式(续2)nGIF格式格式图形文件交形文件交换格式格式Graphics Interchange Format的缩写图像的相关信息以数据块(block)为单位n一个GIF文件由表示图形/图像的数 据块、数据子块以及显示图形/图像的控制信息块组成 在一个文件中可存放多幅彩色图形/图像，并可像幻灯片那样显示或像动画那样演示采用LZW压缩算法来压缩图像数据用户可为图像设置透明(transparency)的背景704.7 图像文件格式像文件格式(续3)nJPEG格式格式 Joint Photographic Experts Group的缩写 JPEG委员会在制定JPEG标准时定义了许多标记(marker)，用来区分和识别图像数据及其相关信息714.7 图像文件格式像文件格式(续4)nPNG格式格式便携网便携网络图形格式形格式Portable Network Graphic Format的简称20世纪90年代中期开始开发的图像文件存储格式，其目的是企图替代GIF和TIFF文件格式，同时增加一些GIF文件格式所不具备的特性用来存储灰度图像时，灰度图像的深度可多达16位，存储彩色图像时，彩色图像的深度可多达48位，并且还可存储多达16位的通道数据PNG使用从LZ77派生的数据无损压缩算法 724.7 图像文件格式像文件格式(续5)保留的GIF文件格式特性n使用彩色查找表或称调色板，支持256种颜色的彩色图像n流式读/写性能(streamability)：允许连续读出和写入图像数据，这个特性很适合于在通信过程中生成和显示图像n逐次逼近显示(progressive display)：可使在通信链路上传输图像文件的同时就在终端上显示图像，把整个轮廓显示出来之后逐步显示图像的细节，也就是先用低分辨率显示图像，然后逐步提高它的分辨率n透明性(transparency)：可使图像中某些部分不显示，以创建一些有特色的图像n辅助信息(ancillary information)：可用来在图像文件中存储一些文本注释信息n独立于计算机软硬件环境n使用无损压缩。 734.7 图像文件格式像文件格式(续6)增加的GIF文件格式所没有的特性：n每个像素为48位的真彩色图像n每个像素为16位的灰度图像n可为灰度图和真彩色图添加通道n添加图像的信息n使用循环冗余码(cyclic redundancy code，CRC)检测损害的文件n加快图像显示的逐次逼近显示方式。n标准的读/写工具包74第4章 彩色数字图像基础n参考文献和站点参考文献和站点1.Natravali，A.N.and Haskell，B.G., Digital Pictures-Representation and Compression. Plenum Press，New York and London，19882.ISO/IEC JTC 1. DIS 10918-1，Digital Compression and Coding of Continuous-Tone still Image Part 1，Requirements and Guidelines. July 19923.校正：http:/www.inforamp.net/poynton/4.Wallace，G.，The JPEG still Picture Compression Standard. Communications of the ACM，Vol.34，No.4，Apr.19915.C. Loeffler, A. Ligtenberg and G. Moschytz. Practical Fast 1-D DCT Algorithms with 11 Multiplications. Proc. Intl. Conf. on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1989 (ICASSP 89), pp988-9916.各种文件格式参考站点：http:/www.wotsit.org/7.(1) 包含各种图像文件格式规范等的站点： http:/www.audre.org/GraphicFAQ/或镜像站点： http:/www.martinreddy.net/gfx/(2) PNG (Portable Network Graphics)格式站点： http:/www.libpng.org/pub/png/8.张维谷，小宇宙工作室著. 林福宗改编. 图像文件格式(上、下)Windows编程. 北京：清华大学出版社出版，1996年9月9.Eric Hamilton, JPEG File Interchange Format, Version 1.02, September 1, 1992, C-Cube Microsystems 75本章本章问题n图像的三属性（像的三属性（图像分辨率、像素深度、像分辨率、像素深度、彩色）彩色）n矢量矢量图、位、位图、r校正、彩色校正、彩色图像、灰度像、灰度图nJPEG算法算法nJpg格式、格式、bmp格式、格式、png格式、格式、gif格式格式76END第第4章章 彩色数字彩色数字图像基像基础