图象属性及格式及获取.ppt

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1、第五章第五章 彩色图象压缩基础彩色图象压缩基础概述概述:图像数据压缩两个基本依据：图像数据压缩两个基本依据：一个是图像数据中有许多重复的数据，使用数一个是图像数据中有许多重复的数据，使用数学方法来表示这些重复数据就可以减少数据量；学方法来表示这些重复数据就可以减少数据量；利用的压缩技术是无损压缩技术，利用的压缩技术是无损压缩技术，另一个事实是人的眼睛对图像细节和颜色的辨另一个事实是人的眼睛对图像细节和颜色的辨认有一个极限，把超过极限的部分去掉，这也认有一个极限，把超过极限的部分去掉，这也就达到压缩数据的目的。利用有损压缩技术。就达到压缩数据的目的。利用有损压缩技术。实际的图像压缩是综合使用各种

2、有损和无实际的图像压缩是综合使用各种有损和无损压缩技术来实现的。损压缩技术来实现的。5.1视角系统对颜色的感知视角系统对颜色的感知 颜色是视觉系统对可见光的感知结果。颜色是视觉系统对可见光的感知结果。可见光是波长在可见光是波长在380 nm780 nm之间的电之间的电磁波磁波 研究表明，人的视网膜有对红、绿、蓝颜研究表明，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，另外还色敏感程度不同的三种锥体细胞，另外还有一种在光功率极端低的条件下才起作用有一种在光功率极端低的条件下才起作用的杆状体细胞，因此颜色只存在于眼睛和的杆状体细胞，因此颜色只存在于眼睛和大脑。大脑。视觉系统对颜色的感知特

3、性视觉系统对颜色的感知特性 眼睛本质上是一个照相机眼睛本质上是一个照相机人的视网膜人的视网膜(human retina)通过神经元来感知通过神经元来感知外部世界的颜色，每个神经元或者是一个对颜外部世界的颜色，每个神经元或者是一个对颜色敏感的锥体色敏感的锥体(cone)，或者是一个对颜色不敏，或者是一个对颜色不敏感的杆状体感的杆状体(rod)。红、绿和蓝三种锥体细胞对不同频率的光红、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的感知程度不同，对不同亮度的感知程度也不同也不同人们可以使用数字图像处理技术来降低数据率人们可以使用数字图像处理技术来降低数据率而不使人感到图像质量

4、明显下降。而不使人感到图像质量明显下降。视觉系统对颜色和亮度的响应特性视觉系统对颜色和亮度的响应特性 产生波长不同的光所需三基色产生波长不同的光所需三基色自然界中的任何一种颜色都可以由自然界中的任何一种颜色都可以由R，G，B这这3种颜色值之和来确定种颜色值之和来确定 图中的纵坐标表示标称单位光强度，横坐标表示图中的纵坐标表示标称单位光强度，横坐标表示波长，负值表示某些波长波长，负值表示某些波长(即颜色即颜色)不能精确地通不能精确地通过相加混色得到。使用等量的三基色可匹配等能过相加混色得到。使用等量的三基色可匹配等能量的白光。量的白光。5.2 彩色图象的颜色模式彩色图象的颜色模式一个能发出光波的

5、物体称为有源物体，它一个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，使用的颜色由该物体发出的光波决定，使用RGB相加混色模型；相加混色模型；一个不发光波的物体称为无源物体，它的一个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，颜色由该物体吸收或者反射哪些光波决定，用用CMY相减混色模型。相减混色模型。相加颜色模式相加颜色模式显示彩色图像用显示彩色图像用RGB相加混色模型相加混色模型 颜色颜色R(红色的百分比红色的百分比)G(绿色的百分比绿色的百分比)B(蓝色蓝色的百分比的百分比)相加颜色模式相加颜色模式当三基色等量相加时，得到白色；等量的红绿相当三基色

6、等量相加时，得到白色；等量的红绿相加而蓝为加而蓝为0值时得到黄色；等量的红蓝相加而绿为值时得到黄色；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时得到品红色；等量的绿蓝相加而红为0时得到时得到青色。青色。图象的相加色图象的相加色一幅彩色图像一幅彩色图像可以看成由许可以看成由许多的点组成的多的点组成的每个像素都有每个像素都有一个值，称为一个值，称为像素值，它表像素值，它表示特定颜色的示特定颜色的强度。强度。一个像素值往一个像素值往往用往用R，G，B三个分量表示三个分量表示 颜色相加列表颜色相加列表RGBRGB颜色颜色000000黑黑001001蓝蓝010010绿绿011011青青10

7、0100红红101101品红品红110110黄黄111111白白标准的电视图形阵列适配卡的标准的电视图形阵列适配卡的16色色 代码RGBHSL颜色000016000黑(Black)10012816024060蓝(Blue)2012808024060绿(Green)3012812812024060青(Cyan)412800024060红(Red)5128012820024060品红(Magenta)612812804024060褐色(Dark yellow)71921921921600180白(Light gray)81281281281600120深灰(Dark Gray)标准的电视图形阵列适

8、配卡的标准的电视图形阵列适配卡的16色色900255160240120淡蓝(Light blue)100255080240120淡绿(Light green)110255255120240120淡青(Light cyan)12255000240120淡红(Light Red)132550255200240120淡品红(Light Magenta)14255255040240120黄(yellow)152552552551600240高亮白(Bright white)注意:色调-饱和度-亮度(hue-saturation-lightness，HSL)颜色模型 CMY相减混色模型相减混色模型 用彩

9、色墨水或颜料进行混合，这样得到的用彩色墨水或颜料进行混合，这样得到的颜色称为相减色。颜色称为相减色。任何一种颜色都可以用三种基本颜料按一任何一种颜色都可以用三种基本颜料按一定比例混合得到。定比例混合得到。这三种颜色是青色这三种颜色是青色(Cyan)、品红、品红(Magenta)和黄色和黄色(Yellow)，通常写成，通常写成CMY，称为，称为CMY模型。模型。减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射减少了为视觉系统识别颜色所需要的反射光光 CMY相减色相减色在相减混色中，当三基色等量相减时得到黑色；在相减混色中，当三基色等量相减时得到黑色；等量黄色等量黄色(Y)和品红和品红(M)相减而青色相减而青

10、色(C)为为0时，得时，得到红色到红色(R)；等量青色；等量青色(C)和品红和品红(M)相减而黄色相减而黄色(Y)为为0时，得到蓝色时，得到蓝色(B)；等量黄色；等量黄色(Y)和青色和青色(C)相减相减而品红而品红(M)为为0时，得到绿色时，得到绿色(G)。相减色列表相减色列表青色品红黄色相减色000白001黄010品红011红100青101绿110蓝111黑相减色与相加色之间关系相减色与相加色之间关系相加混色相减混色生成的颜色RGBCMY000111黑001110蓝010101绿011100青100011红101010品红110001黄111000白RGB与与CMYK间关系间关系彩色空间的线

11、性变换标准彩色空间的线性变换标准 为使用人的视角特性以降低数据量，通常把为使用人的视角特性以降低数据量，通常把RGB空间表示的彩色图像变换到其他彩色空间。空间表示的彩色图像变换到其他彩色空间。目前采用的彩色空间变换有三种：目前采用的彩色空间变换有三种：YIQ,YUV和和YCrCb。每一种彩色空间都产生一种亮度分量信。每一种彩色空间都产生一种亮度分量信号和两种色度分量信号，而每一种变换使用的参号和两种色度分量信号，而每一种变换使用的参数都是为了适应某种类型的显示设备。数都是为了适应某种类型的显示设备。YIQ适用于适用于NTSC彩色电视制式，彩色电视制式，YUV适用于适用于PAL和和SECAM彩色

12、电视制式，而彩色电视制式，而YCrCb适用于计算适用于计算机用的显示器。机用的显示器。YUV与与YIQYIQ模型，其中的模型，其中的Y表示亮度，表示亮度，I、Q是两个彩色分是两个彩色分量。量。YUV模型，模型，Y表示亮度，表示亮度，UV用来表示色差，用来表示色差，U、V是构成彩色的两个分量；是构成彩色的两个分量；YUV表示法的重要性是它的亮度信号表示法的重要性是它的亮度信号(Y)和色度信和色度信号号(U、V)是相互独立的，也就是是相互独立的，也就是Y信号分量构成信号分量构成的黑白灰度图与用的黑白灰度图与用U、V信号构成的另外两幅单色信号构成的另外两幅单色图是相互独立的。可用于对单色图分别进行编

13、码。图是相互独立的。可用于对单色图分别进行编码。YUV表示法的另一个优点是可以利用人眼的特性表示法的另一个优点是可以利用人眼的特性来降低数字彩色图像所需要的存储容量。来降低数字彩色图像所需要的存储容量。YUV可以用于数据压缩可以用于数据压缩,依据是依据是?YUV与与RGB彩色空间变换彩色空间变换 Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100BYIQ与与RGB彩色空间变换彩色空间变换 Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.3

14、11BYCrCb与与RGB彩色空间变换彩色空间变换Y0.299R0.578G0.114BCr(0.500R0.4187G0.0813B)128Cb=(-0.1687R0.3313G0.500B)1285.4图象的三个属性图象的三个属性图像的属性包含分辨率、像素深度、真图像的属性包含分辨率、像素深度、真/伪彩色、伪彩色、图像的表示法和种类等。图像的表示法和种类等。显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目显示分辨率是指显示屏上能够显示出的像素数目 图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量图像分辨率是指组成一幅图像的像素密度的度量方法。方法。图像分辨率与显示分辨率是两个不同的概念。图图像分辨率与

15、显示分辨率是两个不同的概念。图像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目，而显像分辨率是确定组成一幅图像的像素数目，而显示分辨率是确定显示图像的区域大小。如果显示示分辨率是确定显示图像的区域大小。如果显示屏的分辨率为屏的分辨率为640480，那末一幅，那末一幅320240的图的图像只占显示屏的像只占显示屏的1/4；像素深度像素深度 像素深度是指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量像素深度是指存储每个像素所用的位数，它也是用来度量图像的分辨率。图像的分辨率。像素深度决定彩色图像的每个像素可能有的颜色数，或者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。确定

16、灰度图像的每个像素可能有的灰度级数。一幅彩色图像的每个像素用一幅彩色图像的每个像素用R，G，B三个分量表示，若每三个分量表示，若每个分量用个分量用8位，那末一个像素共用位，那末一个像素共用24位表示，就说像素的位表示，就说像素的深度为深度为24，每个像素可以是，每个像素可以是224=16 777 216种颜色中的种颜色中的一种。一种。在用二进制数表示彩色图像的像素时，除在用二进制数表示彩色图像的像素时，除R，G，B分量用分量用固定位数表示外，往往还增加固定位数表示外，往往还增加1位或几位作为属性位或几位作为属性(Attribute)位。例如，位。例如，RGB 5 5 5表示一个像素时，用表示一

17、个像素时，用2个字节共个字节共16位表示，其中位表示，其中R，G，B各占各占5位，剩下一位作位，剩下一位作为属性位。在这种情况下，像素深度为为属性位。在这种情况下，像素深度为16位，而图像深度位，而图像深度为为15位。位。真彩色、伪彩色与直接色真彩色、伪彩色与直接色 真彩色真彩色(true color)真彩色是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有真彩色是指在组成一幅彩色图像的每个像素值中，有R，G，B三三个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样个基色分量，每个基色分量直接决定显示设备的基色强度，这样产生的彩色称为真彩色。产生的彩色称为真彩色。伪彩色伪彩色伪彩色图像的含义是，每

18、个像素的颜色不是由每个基色分量的数伪彩色图像的含义是，每个像素的颜色不是由每个基色分量的数值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表值直接决定，而是把像素值当作彩色查找表(color look-up table，CLUT)的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的的表项入口地址，去查找一个显示图像时使用的R，G，B强度值，用查找出的强度值，用查找出的R，G，B强度值产生的彩色称为伪彩色。强度值产生的彩色称为伪彩色。直接色直接色每个像素值分成每个像素值分成R，G，B分量，每个分量作为单独的索引值对它分量，每个分量作为单独的索引值对它做变换。也就是通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后做变换。也就

19、是通过相应的彩色变换表找出基色强度，用变换后得到的得到的R，G，B强度值产生的彩色称为直接色。它的特点是对每强度值产生的彩色称为直接色。它的特点是对每个基色进行变换。个基色进行变换。真彩色和伪彩色图像之间的差别真彩色和伪彩色图像之间的差别 5.5 图象种类图象种类矢量图和位图矢量图和位图 计算机包含两种类型的图形格式：矢量图（计算机包含两种类型的图形格式：矢量图（Vector Based Image）和位图（）和位图（Bit Mapped Image）。）。矢量图矢量图(图形图形)：主要用于工程图、白描图、图例、卡通：主要用于工程图、白描图、图例、卡通漫画和三维建模等。由图形应用程序创建漫画和

20、三维建模等。由图形应用程序创建,在数学上定在数学上定义为一系列由线连接的点，其内部表示为单个的线条、义为一系列由线连接的点，其内部表示为单个的线条、文字、圆、矩形、多边形等图形元素。每个图元称为文字、圆、矩形、多边形等图形元素。每个图元称为对象，可以用一个代数式来表达，并且是一个独立的对象，可以用一个代数式来表达，并且是一个独立的实体，具有颜色、形状、大小和屏幕位置等属性。实体，具有颜色、形状、大小和屏幕位置等属性。通过软件，矢量图很容易转化为位图，而位图转化为通过软件，矢量图很容易转化为位图，而位图转化为矢量图则需要复杂而庞大的数据处理。矢量图则需要复杂而庞大的数据处理。2.位图位图(图像图

21、像)：是直接量化的原始图像信号形式是直接量化的原始图像信号形式,图像的最小单位是像点图像的最小单位是像点,用于表现自然影像。像素点由若干个二进制位进行描述，用于表现自然影像。像素点由若干个二进制位进行描述，二进制位代表像素点颜色的数量，二进制位与图像之间存二进制位代表像素点颜色的数量，二进制位与图像之间存在严格的在严格的“位映射位映射”关系，具有位映射关系的图叫作关系，具有位映射关系的图叫作“位位图图”。位图与矢量图的不同点：位图与矢量图的不同点：1）位图的容量一般较大，与图的尺寸和颜色有关；矢量图一般较）位图的容量一般较大，与图的尺寸和颜色有关；矢量图一般较小，与图的复杂程度有关。小，与图的

22、复杂程度有关。2）位图的文件内容是点阵数据；矢量图的文件内容是图形指令。）位图的文件内容是点阵数据；矢量图的文件内容是图形指令。3）位图的显示速度与图的容量有关；矢量图的显示速度与图的复）位图的显示速度与图的容量有关；矢量图的显示速度与图的复杂程度有关。杂程度有关。4）从应用特点看，位图适于）从应用特点看，位图适于“获取获取”和和“复制复制”，表现力丰富，表现力丰富，但编辑较复杂；矢量图易于编辑，适于但编辑较复杂；矢量图易于编辑，适于“绘制绘制”和和“创建创建”，但，但表现力受限。表现力受限。彩色图像彩色图像 RGB RGB 红、绿、蓝红、绿、蓝红、绿、蓝红、绿、蓝 R R G G B BR

23、R GG B BR R数组数组数组数组 8bit 8bit表示表示表示表示(256(256阶梯阶梯阶梯阶梯)GG数组数组数组数组 8bit 8bit表示表示表示表示(256(256阶梯阶梯阶梯阶梯)B B数组数组数组数组 8bit 8bit表示表示表示表示(256(256阶梯阶梯阶梯阶梯)最大表示：最大表示：最大表示：最大表示：2 28 8 2 28 8 2 28 8=2=22424=16777216(16.7M)=16777216(16.7M)教学进程教学进程教学进程教学进程CMYKCMYK彩色图像彩色图像 CMYK CMYK 青、品红、黄、黑青、品红、黄、黑青、品红、黄、黑青、品红、黄、黑

24、 C C KKMM Y YC C数组数组数组数组 8bit 8bit表示表示表示表示(256(256阶梯阶梯阶梯阶梯)MM数组数组数组数组 8bit 8bit表示表示表示表示(256(256阶梯阶梯阶梯阶梯)Y Y数组数组数组数组 8bit 8bit表示表示表示表示(256(256阶梯阶梯阶梯阶梯)KK数组数组数组数组 8bit 8bit表示表示表示表示(256(256阶梯阶梯阶梯阶梯)最大表示：最大表示：最大表示：最大表示：2 28 8228 8228 8228 8=2=232 32=4294967296(4294M)=4294967296(4294M)C C MM Y Y K K教学进程教

25、学进程教学进程教学进程灰度图象灰度图象灰度图象是按照灰度的等级数目进行划分进行灰度图象是按照灰度的等级数目进行划分进行如果灰度等级用如果灰度等级用8位表示，则灰度等级就是位表示，则灰度等级就是256级级如果灰度等级用如果灰度等级用1位表示，则称为位表示，则称为单色图象单色图象单色图像单色图像 单色图像单色图像单色图像单色图像 色族单一的图像，但并非只有一种颜色的图像色族单一的图像，但并非只有一种颜色的图像色族单一的图像，但并非只有一种颜色的图像色族单一的图像，但并非只有一种颜色的图像单色图像单色图像单色图像单色图像“二值二值二值二值”图像图像图像图像只有黑、白两色只有黑、白两色只有黑、白两色只

26、有黑、白两色简单形式简单形式简单形式简单形式复杂形式复杂形式复杂形式复杂形式“灰度灰度灰度灰度”图像图像图像图像具有具有具有具有256256级灰度级灰度级灰度级灰度 单色图像用途：单色图像用途：单色图像用途：单色图像用途：简单形式简单形式简单形式简单形式 文本显示、木刻、版画效果的图像文本显示、木刻、版画效果的图像文本显示、木刻、版画效果的图像文本显示、木刻、版画效果的图像 复杂形式复杂形式复杂形式复杂形式 书籍用图片、报纸用图片书籍用图片、报纸用图片书籍用图片、报纸用图片书籍用图片、报纸用图片 单色图像格式：单色图像格式：单色图像格式：单色图像格式：TGA TGA、JPGJPG、TIFTIF

27、、PCXPCX等等等等教学进程教学进程教学进程教学进程JPEG压缩算法压缩算法由由ISO和和IEC两个组织联合组成的一个专家两个组织联合组成的一个专家组，负责制定静态的数字图象数据压缩编组，负责制定静态的数字图象数据压缩编码标准码标准可用于静态图象，也可以用于动态图象可用于静态图象，也可以用于动态图象基本压缩算法：基本压缩算法：离散余弦变换：离散余弦变换：25：1没有区别没有区别预测技术为基础的无损压缩算法预测技术为基础的无损压缩算法JPEG2000压缩算法：小波变换压缩算法：小波变换 压缩比压缩比压缩比压缩比 10:1 100:1 (10:1 100:1 (一般压缩比一般压缩比一般压缩比一般

28、压缩比 40:1)40:1)压缩原理压缩原理压缩原理压缩原理 采用无失真预测编码、有失真采用无失真预测编码、有失真采用无失真预测编码、有失真采用无失真预测编码、有失真DCTDCT编码等混合编码方式编码等混合编码方式编码等混合编码方式编码等混合编码方式 无失真预测编码无失真预测编码无失真预测编码无失真预测编码 线性预测编码，压缩比线性预测编码，压缩比线性预测编码，压缩比线性预测编码，压缩比2:12:1 有失真有失真有失真有失真DCTDCT编码编码编码编码 1 1 离散余弦变换压缩编码，压缩比离散余弦变换压缩编码，压缩比离散余弦变换压缩编码，压缩比离散余弦变换压缩编码，压缩比40:140:1 2

29、2 霍夫曼编码霍夫曼编码霍夫曼编码霍夫曼编码(增强型编码增强型编码增强型编码增强型编码)3 3自适应算术编码自适应算术编码自适应算术编码自适应算术编码(增强型编码增强型编码增强型编码增强型编码)特点特点特点特点 1 1 压缩比可调压缩比可调压缩比可调压缩比可调 2 2 对对对对CPUCPU的响应速度要求不高的响应速度要求不高的响应速度要求不高的响应速度要求不高 3 3 压缩算法复杂压缩算法复杂压缩算法复杂压缩算法复杂(可同时使用四种压缩编码方式可同时使用四种压缩编码方式可同时使用四种压缩编码方式可同时使用四种压缩编码方式)JPEG图像压缩算法图像压缩算法JPEG图像压缩算法图像压缩算法qJPE

30、G 是有损压缩算法qJPEG 核心是“离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)”qJPEG 压缩算法的基本步骤为：1、离散余弦变换DCT Transformation2、系数量子化Coefficient Quantization 3、Huffman无损压缩Lossless Compression静态图象压缩原理图静态图象压缩原理图JPEG压缩的主要计算步骤压缩的主要计算步骤正向离散余弦变换正向离散余弦变换(FDCT)。量化量化(quantization)。Z字形编码字形编码(zigzag scan)。使用差分脉冲编码调制使用差分脉冲编码调制(different

31、ial pulse code modulation，DPCM)对直流系数对直流系数(DC)进行编码。进行编码。使用行程长度编码使用行程长度编码(run-length encoding，RLE)对交流系数对交流系数(AC)进行编码。进行编码。熵编码熵编码(entropy coding)。正向离散余弦变换正向离散余弦变换对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分对每个单独的彩色图像分量，把整个分量图像分成成88的图像块，并作为两维离散余弦变换的图像块，并作为两维离散余弦变换DCT的输入。通过的输入。通过DCT变换，把能量集中在少数几个变换，把能量集中在少数几个系数上。系数上。正向离散余弦变换正向离

32、散余弦变换DCT变换使用下式计算变换使用下式计算逆变换使用下式计算逆变换使用下式计算C(u),C(v)=1/,当当u,v=0；C(u),C(v)=1,其他。其他。正向离散余弦变换正向离散余弦变换计算两维的计算两维的DCT变换时，可使用下面的计算式把变换时，可使用下面的计算式把两维的两维的DCT变换变成一维的变换变成一维的DCT变换变换 量子化量子化 QuantizationDCT变换的输入是8位的象素值（0255，JPEG实现时将其减去128，范围变成-128127），但输出范围是从1024到1023，占11位。量子化即通过整除运算减少输出值的存储位数。使用量子化矩阵（Quantization

33、 Matrix）来实现量子化。量子化公式为：量化后的值(i,j)=ROUND(DCT(i,j)/量子(i,j)逆量子化公式为：DCT(i,j)=量化后的值(i,j)*量子(i,j)量子化是JPEG算法中损失图像精度的根源，也是产生压缩效果的源泉量子表量子表Quantum Table4 7 1013161922257 101316192225281013161922252831131619222528313416192225283134371922252831343740222528313437404325283134374043461019283746556473192837465564738

34、2283746556473829137465564738291100465564738291100109556473829110010911864738291100109118127738291100109118127136quality=4quality=9Quantumij=1+(1+i+j)*quality)Zig-Zag编码编码(0,0)-(0,1)-(1,0)-(2,0)-q将量子化的矩阵按Zig-Zag顺序排列q将原始数列转换为差值数列q对差值数列进行编码，可以使用Huffman编码、算术编码或熵编码等方法Z形编码形编码量化后的系数要重新编排，目的是为了增加连续的量化后的系数要重新

35、编排，目的是为了增加连续的“0”系数的个数，就是系数的个数，就是“0”的游程长度，方法是按照的游程长度，方法是按照Z字形的字形的式样编排。这样就把一个式样编排。这样就把一个8 x 8的矩阵变成一个的矩阵变成一个1x 64的矢的矢量，频率较低的系数放在矢量的顶部。量，频率较低的系数放在矢量的顶部。直流系数编码直流系数编码8 x 8图像块经过图像块经过DCT变换之后得到的变换之后得到的DC直直流系数有两个特点流系数有两个特点:一是系数的数值比较大，一是系数的数值比较大，二是相邻二是相邻8x8图像块的图像块的DC系数值变化不大。系数值变化不大。JPEG算法使用了差分脉冲调制编码算法使用了差分脉冲调制

36、编码(DPCM)技术，对相邻图像块之间量化技术，对相邻图像块之间量化DC系数的差值系数的差值(Delta)进行编码进行编码 DeltaDC(0,0)k-DC(0,0)k-1交流系数编码交流系数编码量化量化AC系数的特点是系数的特点是1x 64矢量中包含有许多矢量中包含有许多“0”系数，并且许多系数，并且许多“0”是连续的是连续的游程长度编码游程长度编码(RLE)对它们进行编码对它们进行编码JPEG使用了使用了1个字节的高个字节的高4位来表示连续位来表示连续“0”的的个数，而使用它的低个数，而使用它的低4位来表示编码下一个非位来表示编码下一个非“0”系数所需要的位数，跟在它后面的是量化系数所需要

37、的位数，跟在它后面的是量化AC系数的数值。系数的数值。0的个数的个数下个非下个非“0”系数位数系数位数量化量化AC系数的数值系数的数值熵编码熵编码使用熵编码还可以对使用熵编码还可以对DPCM编码后的直流编码后的直流DC系数系数和和RLE编码后的交流编码后的交流AC系数作进一步的压缩。系数作进一步的压缩。在在JPEG有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减有损压缩算法中，使用霍夫曼编码器来减少熵。使用霍夫曼编码器的理由是可以使用很简少熵。使用霍夫曼编码器的理由是可以使用很简单的查表单的查表(lookup table)方法进行编码。方法进行编码。ValueValueSSSSSS0 00 0-1,1-1

38、,11 1-3,-2,2,3-3,-2,2,32 2-7.-4,4.7-7.-4,4.73 3组成位数据流组成位数据流JPEG编码的最后一个步骤是把各种标记代编码的最后一个步骤是把各种标记代码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数据，这样做的目的是为了便于传输、存储据，这样做的目的是为了便于传输、存储和译码器进行译码，这样的组织的数据通和译码器进行译码，这样的组织的数据通常称为常称为JPEG位数据流位数据流(JPEG bitstream)。一个真实的编码和解码过一个真实的编码和解码过程程JPEG的其他问题的其他问题qq将原始图像划分成多个将原始图像划分成多个 8

39、 8 X 8 X 8 或或 16 16 X 16 X 16 的矩阵进行处理的矩阵进行处理qq要求矩阵中每个点的像素值范围是要求矩阵中每个点的像素值范围是 02550255qq二值、二值、1616级灰度等均转换为级灰度等均转换为256256级灰度图像进行处理级灰度图像进行处理qq对非对非256256色的彩色图象，先转换成真彩色图像，然后使用分色色的彩色图象，先转换成真彩色图像，然后使用分色法将图像分成红、蓝、绿三个法将图像分成红、蓝、绿三个256256级灰度图像，再进行处理级灰度图像，再进行处理Independent JPEG GroupIndependent JPEG Grouphttp:/w

40、ww.ijg.org/http:/www.ijg.org/5.6.1 5.6.1 数据格式数据格式数据格式数据格式 BMP BMP格式格式 Bitmap Bitmap，MicrosoftMicrosoft公司开发，用于公司开发，用于公司开发，用于公司开发，用于WindowsWindows环境环境环境环境 使用要点使用要点使用要点使用要点 (1)(1)用于表现打印、显示用图像用于表现打印、显示用图像用于表现打印、显示用图像用于表现打印、显示用图像 (2)(2)不适于网络传送不适于网络传送不适于网络传送不适于网络传送 (3)(3)不适于提供印刷文件不适于提供印刷文件不适于提供印刷文件不适于提供印刷

41、文件5.6 5.6 静态图像文件静态图像文件静态图像文件静态图像文件文件头文件头文件头文件头调色板数据调色板数据调色板数据调色板数据(反向排列反向排列反向排列反向排列)图像数据图像数据图像数据图像数据 特点特点特点特点 (1)(1)扩展名采用扩展名采用扩展名采用扩展名采用“.bmp”“.bmp”(2)(2)文件描述单一文件描述单一文件描述单一文件描述单一(静止静止静止静止)图像图像图像图像 (3)(3)彩色模式彩色模式彩色模式彩色模式:2:24 4 2 23232 (4)(4)调色板调色板调色板调色板RGBRGB数据顺序反向排列数据顺序反向排列数据顺序反向排列数据顺序反向排列 (5)(5)以图

42、像左下角为起点排列数据以图像左下角为起点排列数据以图像左下角为起点排列数据以图像左下角为起点排列数据 (6)(6)一般采用非压缩数据格式一般采用非压缩数据格式一般采用非压缩数据格式一般采用非压缩数据格式教学进程教学进程教学进程教学进程 TIFFTIFF格式格式Tag Image File FormatTag Image File Format，AldusAldus公司开发，用于精确描述图像的场合公司开发，用于精确描述图像的场合公司开发，用于精确描述图像的场合公司开发，用于精确描述图像的场合 使用要点使用要点使用要点使用要点 (1)(1)平面设计作品的最佳表现形式平面设计作品的最佳表现形式平面设

43、计作品的最佳表现形式平面设计作品的最佳表现形式 (2)(2)用于提供印刷文件用于提供印刷文件用于提供印刷文件用于提供印刷文件 (3)(3)不适于网络传送不适于网络传送不适于网络传送不适于网络传送文件头文件头文件头文件头标识信息区标识信息区标识信息区标识信息区图像数据图像数据图像数据图像数据 特点特点特点特点 (1)(1)扩展名采用扩展名采用扩展名采用扩展名采用“.tif”“.tif”(2)(2)文件描述单一文件描述单一文件描述单一文件描述单一(静止静止静止静止)图像图像图像图像 (3)(3)彩色模式彩色模式彩色模式彩色模式:2:21 1(单色单色单色单色)2 23232 (4)(4)支持多平台

44、支持多平台支持多平台支持多平台(PC&Macintosh)(PC&Macintosh)(5)(5)可采用多种压缩数据格式可采用多种压缩数据格式可采用多种压缩数据格式可采用多种压缩数据格式教学进程教学进程教学进程教学进程 TGATGA格式格式Taga Image FormatTaga Image Format，TruevisionTruevision公司开发，用于屏显和动画帧显示公司开发，用于屏显和动画帧显示公司开发，用于屏显和动画帧显示公司开发，用于屏显和动画帧显示 使用要点使用要点使用要点使用要点 (1)(1)用于表现影视广播级动画的帧用于表现影视广播级动画的帧用于表现影视广播级动画的帧用于

45、表现影视广播级动画的帧 (2)(2)不适于保存高质量印刷文件不适于保存高质量印刷文件不适于保存高质量印刷文件不适于保存高质量印刷文件 (3)(3)不适于网络传送不适于网络传送不适于网络传送不适于网络传送 特点特点特点特点 (1)(1)扩展名采用扩展名采用扩展名采用扩展名采用“.tga”“.tga”(2)(2)文件描述单一文件描述单一文件描述单一文件描述单一(静止静止静止静止)图像图像图像图像 (3)(3)彩色模式彩色模式彩色模式彩色模式:2:20 0(1(1色色色色)2 23232 (显示模式依赖显示卡显示模式依赖显示卡显示模式依赖显示卡显示模式依赖显示卡)(4)(4)图像分辨率固定为图像分辨

46、率固定为图像分辨率固定为图像分辨率固定为96dpi96dpi文件头文件头文件头文件头调色板信息调色板信息调色板信息调色板信息图像数据图像数据图像数据图像数据数据补充区数据补充区数据补充区数据补充区教学进程教学进程教学进程教学进程 GIFGIF格式格式GGraphics raphics I Interchange nterchange F Format,ormat,CompuServeCompuServe公司开发公司开发公司开发公司开发,用于屏显和网络用于屏显和网络用于屏显和网络用于屏显和网络 使用要点使用要点使用要点使用要点 (1)(1)用于屏幕显示图像和电脑动画用于屏幕显示图像和电脑动画用于

47、屏幕显示图像和电脑动画用于屏幕显示图像和电脑动画 (2)(2)用于网络传送用于网络传送用于网络传送用于网络传送 (3)(3)不适于保存高质量印刷文件不适于保存高质量印刷文件不适于保存高质量印刷文件不适于保存高质量印刷文件 特点特点特点特点 (1)(1)扩展名采用扩展名采用扩展名采用扩展名采用“.gif”“.gif”(2)(2)具有具有具有具有87a87a、89a89a两种格式两种格式两种格式两种格式 87a 87a 描述单一描述单一描述单一描述单一(静止静止静止静止)图像图像图像图像 89a 89a 描述多帧图像描述多帧图像描述多帧图像描述多帧图像 (3)(3)彩色模式彩色模式彩色模式彩色模式

48、:2:28 8(256(256色色色色)，分辨率，分辨率，分辨率，分辨率96dpi96dpi (4)(4)采用改进的采用改进的采用改进的采用改进的LZWLZW压缩算法压缩算法压缩算法压缩算法文件头文件头文件头文件头逻辑屏幕描述逻辑屏幕描述逻辑屏幕描述逻辑屏幕描述图像数据图像数据图像数据图像数据结束标志结束标志结束标志结束标志调色板信息调色板信息调色板信息调色板信息教学进程教学进程教学进程教学进程 JPEGJPEG格式格式Joint Photographic Experts GroupJoint Photographic Experts Group，联合专家小组开发，用于彩色图像，联合专家小组开

49、发，用于彩色图像，联合专家小组开发，用于彩色图像，联合专家小组开发，用于彩色图像的存储和网络传送的存储和网络传送的存储和网络传送的存储和网络传送 使用要点使用要点使用要点使用要点 (1)(1)用于保存表现自然景观的图像用于保存表现自然景观的图像用于保存表现自然景观的图像用于保存表现自然景观的图像 (2)(2)用于网络传送用于网络传送用于网络传送用于网络传送 (3)(3)不适于表现有明显边界的图形不适于表现有明显边界的图形不适于表现有明显边界的图形不适于表现有明显边界的图形 (4)(4)不适用于高质量印刷文件不适用于高质量印刷文件不适用于高质量印刷文件不适用于高质量印刷文件 特点特点特点特点 (1)(1)扩展名采用扩展名采用扩展名采用扩展名采用“.jpg”“.jpg”(2)(2)采用有损压缩编码形式，数据量小采用有损压缩编码形式，数据量小采用有损压缩编码形式，数据量小采用有损压缩编码形式，数据量小 (3)(3)彩色模式彩色模式彩色模式彩色模式:2:232 32(真彩色真彩色真彩色真彩色)(4)(4)经解压缩，方可显示图像，显示速度慢经解压缩，方可显示图像，显示速度慢经解压缩，方可显示图像，显示速度慢经解压缩，方可显示图像，显示速度慢经压缩的经压缩的经压缩的经压缩的图像数据图像数据图像数据图像数据各类压缩算法各类压缩算法各类压缩算法各类压缩算法教学进程教学进程教学进程教学进程