2.1.2 图形、图像的数字化表示

二、图形、图像的数字化表示 图形、图像的数字化表示，就是将图形、图像用0、1编码 的形式来表示，这是计算机能够处理图形、图像的前提。 比较模拟图像和数字图像 什么是模拟图像？ 什么是数字图像？ 普通相机拍摄出来的必须经过底片冲洗的照片 数码相机所拍的存储在相机存储器中的照片

波形是方波 波形是连续变化的

实践一：根据生活经验讨论传统相机拍摄的照片与数码相机拍的照片各有什么特点？ 模拟图像 数字图像 传输性 再现性 可处理性 相对困难 较易 差 强 较差 较强

模拟图像和数字图像的比较 特点 模拟图像 数字图像 处理速度 相对较快 处理相对较慢，尤其是在机器性能不是很高时 灵活性 相对较差，能采用的处理方式很少。只能进行简单的缩放 由于数字图像是由相对独立的数字0和1构成，国此方式比较精确、灵活 传输 由于以实物为载体。受外界影响，传输相对困难。 以电子数字信息为载体，优于模拟图像，特别是在网络普及的今天。 再现性 模拟图像（如相片）的保存性较差，无论是胶片还是印制好的正片，其有机成分都将随时间和环境的改变而改变。即使是同一张照片，在每一次复制时受诸多环境条件的影响均会呈现出不同的效果。 数字图像不会因为保存、传输或复制而产生图像质量上的变化。（数字化后的文件不能直接观看，必须借助播放设备才能观看）

一般包括三个阶段：采样、量化和编码 2.图形、图像数字化原理 图形、图像的数字化：将模拟图像转化为数字图像的过程。 采样 量化 编码 多媒体信息 数字化的多媒体信息 采样 量化 编码 输入 输出

◆图像数字化的步骤： 1.采样：按一定规律，对模拟图像的位点所呈现的特性，用数据记录下来的过程。 2.量化：在幅度轴上对采样后的脉冲进行离散化（把采样后的信号电平归并到有限个电平等级上去）。等级越大越真实。 3.编码：将经过上述两步处理后的信号值转换为数字信号的过程。

图像数字化的缺点： 1.经过数字化的图像会有所损失和失真; 2.数字化后的文件不能直接观看，必须借助播放设备才可观看; 3.由于采用二进制形式的存储方法，数据量巨大。

一个“像素”就是一个正方形的色块，事实上，“像素”是一个纯理论的概念，它没有形状也没有尺寸，看不见摸不着，只存在于理论计算中。

2.图形、图像的数字化原理 发现： 1.图像是由很小的颜色方块组成的 2.实物图像被分割成一个一个的颜色方块 每一个方块（可看成一个点）称为像素， 每英寸的像素点数称为分辨率

或者叫多少个像素，它决定了图像的清晰度，其衡量 指标就是分辨率。 采样过程要涉及的两个重要参数： 分辨率、色彩深度 （1）分辨率 采样时，首先要决定在一定的面积内取多少个点， 或者叫多少个像素，它决定了图像的清晰度，其衡量 指标就是分辨率。 常用的四种分辨率：输入分辨率、显示分辨率、输出分辨率、图像分辨率

（2）色彩深度 指记录每个像素的颜色（或亮度）所占的二进制位数，单位是“位/像素”，即b/p。 对于彩色图像来说，色彩深度决定了该图像可以使用的最多颜色数目； 色彩深度越高，显示的图像色彩越丰富，画面越自然、逼真，但数据量也随之猛增。

常见的色彩深度 4bit：是VGA标准支持的色彩深度，共24种颜色。 8bit:是多媒体应用中的最低色彩深度，共28种颜色，是索引彩色图。 24bit：用三个字节分别表示RGB，即8bit表示一个通道，可生成224=16777216种颜色，真彩色。 32bit：同24位的颜色深度一样，剩余的8bit用来表示图像的其他属性，如透明度，即alpha通道等。

（3）分辨率与数字化图形、图像的效果 实践二： 分别设置显示器分辨率（640*480、800*600、1024*768）后，把“桌面.jpg”文件设置成桌面，观看效果并讨论影响图像的显示效果的因素 。

位图是以点或象素的方式来记录图像的，因此图像是由许许多多小点组成的。创建一幅位图图像的最常用方法是通过扫描来获得。位图图像的优点是色彩显示自然、柔和、逼真。其缺点是图像在放大或缩小的转换过程中会产生失真，且随着图像精度提高或尺寸增大，所占用的磁盘空间也急剧增大。 矢量图是以数学方式来记录图像的，由软件制作而成。矢量图的优点是信息存储量小，分辨率完全独立，在图像的尺寸放大或缩小过程中图像的质量不会受到丝毫影响，而且它是面向对象的，每一个对象都可以任意移动、调整大小或重叠，所以很多3D软件都使用矢量图。矢量图的缺点是用数学方程式来描述图像，运算比较复杂，而且所制作出的图像色彩显示比较单调，图像看上去比较生硬，不够柔和逼真。                                                                  

BMP、PSD、TIFF、GIF、JPEG、EPS、DXF、PS、WMF、SWF 4.图形与图像 位图图象 矢量图像 特征 能较好表现色彩浓度与层次 可展示清楚线条或文字 用途 照片或复杂图象 文字、商标等相对规则的图形 图影缩放效果 易失真 不易失真 制作 3D影象 不可以 可以 文件大小 较大 较小 常用的文件格式 BMP、PSD、TIFF、GIF、JPEG、EPS、DXF、PS、WMF、SWF （完）

2.1.3图形图像的存贮格式： BMP：标准的WINDOWS或OS/2的图形图像的基本位图格式。 JPG：所损压缩的静态图像文件存储格式。。 GIF：压缩图像存储格式，使用LZW压缩方法，压缩比较高，文件长度比较小。 TIF：工业标准格式，支持所有图像类型，分为压缩和非压缩两大类。

图形图像的格式： BMP：最典型的应用BMP格式的程序就是Windows的画笔。BMP是用于Windows和OS/2的位图（Bitmap）格式，文件几乎不压缩，占用磁盘空间较大，它的颜色存储格式有1位、4位、8位及24位。开发Windows环境下的软件时，BMP格式是最不容易出问题的格式，并且DOS与Windows环境下的图像处理软件都支持该格式，因此，该格式是当今应用比较广泛的一种格式。但缺点是该格式文件比较大，所以只能应用在单机上，不受网络欢迎。                                                 

图形图像的格式： GIF格式 　　随着Internet的普及，GIF成了无人不晓的网络图形标准之一。这种格式是由CompuServe公司设计的，GIF是Graphics Interchange Format的缩写，分为87a及89a两种版本，存储格式由1位到8位。GIF格式是经过压缩的格式，磁盘空间占用较少。由于它是制作2D动画软件Animator早期支持的文件格式，所以该格式曾被广泛使用。但由于8位存储格式的限制，使其不能存储超过256色的图像。虽然如此，但该图形格式却在Internet上被广泛地应用，原因主要有两个：1、256种颜色已经较能满足Internet上的主页图形需要。2、该格式生成的文件比较地小，适合像Internet这样的网络环境传输和使用

图形图像的格式： PCX格式 　PCX格式是ZSOFT公司在开发图像处理软件Paintbrush时开发的一种格式，基于PC的绘图程序的专用格式，一般的桌面排版、图形艺术和视频捕获软件都支持这种格式。PCX支持256色调色板或全24位的RGB，图像大小最多达64K*64K像素。　

图形图像的格式： TIFF格式　　TIFF格式（Tag Image File Format）是Macintosh上广泛使用的图形格式，具有图形格式复杂、存贮信息多的特点。3DS、3DS MAX中的大量贴图就是TIFF格式的。TIFF最大色深为32bit，可采用LZW无损压缩方案存储。

图形图像的格式： JPEG格式 　　JPEG文件的扩展名为.jpg或.jpeg，其压缩技术十分先进，它用有损压缩方式去除冗余的图像和彩色数据，获取得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，由于它优异的性能，所以应用非常广泛，而在Internet上，它更是主流图形格式

图形图像的格式： PSD格式（PHOTOSHOP格式）　　ADOBE公司开发的图像处理软件PHOTOSHOP中自建的标准文件格式就是PSD格式，在该软件所支持的各种格式中，其存取速度比其它格式快很多，功能也很强大。由于PHOTOSHOP软件越来越广泛地应用，所以这个格式也逐步流行起来。PSD格式是Photoshop的专用格式，里面可以存放图层、通道、遮罩等多种设计草稿。以便于下次打开文件可以修改上一次的设计。

图形图像的格式： PNG格式 　　PNG（Portable Network Graphics）是一种新兴的网络图形格式，结合了GIF和JPEG的优点，具有存贮形式丰富的特点。PNG最大色深为48bit，采用无损压缩方案存储。著名的Macromedia公司的Fireworks的默认格式就是PNG。

体验二： 使用acdsee看图工具，在教学素材中选择一图片，分别将其转化为扩展名为.jpg、.tga、.bmp、.pcx、.pcx、.gif、.tif格式。观察各种格式的文件尺寸大小及清晰度。 文件格式 文件大小(kb) 清晰程度 ﹡.JPG ﹡.TGA ﹡.BMP ﹡.PCX ﹡.GIF ﹡.TIF 学习指导：阅读教材p28-29页内容 ，总结出图像格式还有哪些？各有什么特点？

2.1.4图形、图像文件的压缩 数据压缩：对数据重新进行编码，以消除数据序列中的冗余性，实现原数据序列变换成较短的输出数据序列（又称压缩数据序列）的技术。 压缩比：压缩数据序列与原数据序列长度之比。

无损压缩：是指利用信息相关性进行的数据压缩，这种压缩并不损失原有信息的内容，是一种可逆压缩，即经过文件压缩后可以将原有的信息完整保留的一种数据压缩方式 范围：文档、可执行文件等普通的数据文件。

有损压缩：是利用了人类视觉和听觉器官对图像或声音中某些部分不敏感的特性，采用一些高效的有限失真数据压缩算法，大幅度减少多媒体中的冗余信息，它允许在压缩过程中损失一定信息，即压缩后不能将原来的文件信息完全保留，所以是不可逆压缩。 范围：图像、音频、视频等多媒体文件。

图像压缩的基本过程： 变换部分：体现了输入原始图像和经过变换的图像之间的一一对应关系。变换也称为去除相关，它减少了图像中的冗余信息，提供了一种更易于压缩的图像数据表示形式。 量化部分：把经过变换的图像数据作为输入进行处理后，会得到有限数目的一些符号。这一部会带来信息的损失，是有损压缩与无损压缩的主要区别。 编码部分：将经过变换的数据编码为二进制位流，可以采用固定长度编码或变动长度编码。

体验三： 用winrar 工具分别对一个文本文件（txt）和一个图像文件（jpg）进行压缩，完成表格，并思考文件压缩的意义： 文件格式 压缩前文件大小(kb) 压缩后文件大小(kb) 压缩比 TXT JPG