1、光（电磁能量波普）敏感器件数字化器件例如：X光透视仪，电荷耦合器件CCD(Charge Coupled Device)：1）线阵；2）面阵 互补金属氧化物半导体器件CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)：1）光敏二极管无源像素结构；2）光敏二极管有源像素结构；3）光栅型有源像素结构采集装置和性能指标采集装置和性能指标4.1 4.1 数字化图像数字化图像 均匀量化 非均匀量化 4.1.4 均匀量化与非均匀量化量化可分为均匀量化和非均匀量化。量化可分为均匀量化和非均匀量化。均匀量化均匀量化是简单是简单地在灰度范围内等间隔量化。地在灰度范围内等间隔
2、量化。非均匀量化非均匀量化是对像素出现频度是对像素出现频度少的部分量化间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。少的部分量化间隔取大，而对频度大的量化间隔取小。量化参数与数字化图像间的关系数字化方式可分为均匀采样、量化和非均匀采样、量化。所谓“均匀”，指的是采样、量化为等间隔。非均匀采样是根据图象细节的丰富程度改变采样间距。细节丰富的地方，采样间距小，否则间距大。非均匀量化是对像素出现频度少的间隔大，而频度大的间隔小。采用非均匀采样与量化，会使问题复杂化，因此很少采用。当限定数字图像的大小时,采用如下原则可得到质量较好的图像 1）对缓变的图像，应细量化，粗采样，以避免假轮廓。2）对细节丰富的图像，应
3、细采样，粗量化，以避免模糊（混叠）。数字图像的描述数字图像的描述 1.黑白图像黑白图像 指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为二值图像。2值图像的像素值为0、1。011100001I2.灰度图像灰度图像 是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。100220250180501202001500I灰度图像描述示例4.2 数字化图像的色彩空间数字化图像的色彩空间一、RGB色系RGB相加色示例R G B 强度 颜色色彩效果0 0 0 黑（Black）0 0 1 蓝（Blue）0 1 0 绿（Green）0 1 1 青（Cyan）1 0 0 红（Red）1 0
4、1 品红（Magenta）1 1 0 黄（Yellow）1 1 1 白（White）二、HSI色系 这种彩色系统格式的设计反映了人类观察彩色的方式。如：红色又分为浅红和深红色等等。几种常用的表色系统几种常用的表色系统I(Intensity)：表示光照强度或称为亮度，它确定了像素的整体亮度，而不管其颜色是什么。二、HSI色系H(Hue)：表示色度，由角度表示。反映了该颜色最接近什么样的光谱波长（既彩虹中的那种颜色）0o为红色，120o为绿色，240o为蓝色。0 o到240o覆盖了所有可见光谱的颜色，240o到300o是人眼可见的非光谱色（紫色）。几种常用的表色系统几种常用的表色系统S(satur
5、ation)：表示饱和度，饱和度参数是色环的原点到彩色点的半径长度。表颜色的浓淡。在环的外围圆周是纯的或称饱和的颜色，其饱和度值为1。在中心是中性（灰）影调，即饱和度为0。HSI颜色模式 l从心理学的角度来看，颜色有三个要素：色相、饱和度和亮度。HSB颜色模式便是基于人对颜色的心里感受的颜色模式。HSB色彩空间可以用一个圆锥空间模型来描述。圆锥空间模型（A）HSI圆锥空间模型（B）线条示意图：圆锥上亮度、色度和饱和度的关系。（C）纵轴表示亮度（D）圆锥纵切面：描述了同一色调的不同亮度和饱和度关系。（E）圆锥横切面：色调H为绕着圆锥截面度量的色环，圆周上的颜色为完全饱和的纯色，色饱和度为穿过中心
6、的半径横轴。Lab颜色模式l该颜色模式由一个发光率(luminance)和两个颜色(a,b)轴组成。它由颜色轴所构成的平面上的环形线来表示颜色的变化，其中径向表示色饱和度的变化，自内向外，饱和度逐渐增高；圆周方向表示色调的变化，每个圆周形成个色环；而不同的发光率表示不同的亮度并对应不同环形颜色变化线。A.光度=100（白）B.绿到红分量C.蓝到黄分量D.光度=0（黑）到红分量Lab颜色模式 lLab颜色是由RGB三基色转换而来的 l它是一种具有“独立于设备”的颜色模式，既不论使用任何一种监视器或者打印机，Lab的颜色不变。CMYKCMYK颜色模式颜色模式 l这是彩色印刷使用的种颜色模式。它由青
7、(cyan)、洋红(magenta)、黄(yellow)和黑(black)四种颜色组成。l这种模式的创建基础和RGB不同，它不是靠增加光线，而是靠减去光线。这是因为与监视器或者电视机不同，打印纸不能创建光源，即它不会发射光线，而只能吸收和反射光线，即它只能够吸收特定波长而反射其它波长。l通过对上述四种颜色的组合，可以产生可见光谱中的绝大部分颜色。CMYK颜色模式颜色模式CMYK相减混色模型 CMYK模型以打印在纸张上油墨的光线吸收特性为基础，白光照射到半透明油墨上时，部分光谱被吸收，部分被反射回眼睛。理论上，青色(C)、洋红(M)和黄色(Y)色素能合成吸收所有颜色并产生黑色。由于这个原因，这些
8、颜色叫作减色。因为所有打印油墨都会包含一些杂质，这三种油墨实际上产生一种土灰色，必须与黑色(K)油墨混合才能产生真正的黑色。将这些油墨混合产生颜色叫作四色印刷。颜色模型的色域 色域是一个色系能够显示或打印的颜色范围。人眼看到的色谱比任何颜色模型中的色域都宽。在颜色模型中，Lab具有最宽的色域，它包括RGB和CMYK色域中的所有颜色。通常RGB色域包含能在计算机显示器或电视屏幕（发出红、绿和蓝光）上所有能显示的颜色。因而一些诸如纯青或纯黄等颜色不能在显示器上精确显示。CMYK色域较窄，仅包含使用印刷色油墨能够打印的颜色。当不能被打印的颜色在屏幕上显示时，它们称为溢色即超出CMYK色域之外。饱和度
9、效果示意图 色度效果示意图 亮度效果示意图 1.RGB到HSI的转换：)(31BGRIBGRBGRS),min(312GBHGB)()()()(cos2211BGBRGRBRGR2.HSI到RGB的转换 1）)60cos()cos(1 3HHSRI)1(3SBIBRIG3时当1200 H)180cos()120cos(1 3HHSGI)1(3SRIGRIB3时当240120 H2.HSI到RGB的转换 2）2.HSI到RGB的转换 3）时当300240 H)300cos()240cos(1 3HHSBI)1(3SGIBGIR31.算术运算 算术运算是指两幅图象进行点对点的加、减、乘或除计算而得
10、图象。加法可将一幅图象内容加到另一幅图象上，达到二次暴光的要求。加法可对同一场景的多幅图象求平均，以降低加性随机噪声。图象相减可去除图象中不需要的加性图案。图象相减也可用于运动检测。乘法可用于去除图象中部分影象。除法多用于多光谱遥感运算的比值计算。噪声加性噪声：加性噪声和图象信号强度不相关。乘性噪声：乘性噪声和图象信号是相关的。椒盐噪声：黑图象上的白点，白图象上的黑点。量化噪声：是由量化过程引起的。2.逻辑运算 AND OR NOT 用于二值图象，常用来进行邻域运算。5 5 图象运算图象运算 5 5 图象运算图象运算110000000000001000zyxfzfxfxzyx将图像沿坐标轴方向
11、进行比例缩放，从而获得一幅新图像。如果在x轴和y轴方向变换比率相同，则称为全比例缩放，否则，图像的尺度变换会改变原始图像像素间的相对位置，产生几何畸变。设尺度因子为f，尺度变换前后两点P0(x0,y0,z0)、P(x,y,z)之间的关系用矩阵形式可以表示为 b.平移变换设点P0(x0,y0,z0)进行平移后，移到P(x,y,z)，其中沿坐标轴方向的平移量分别为x,y,z。则点P(x,y,z)的坐标为 5 5 图象运算图象运算a.尺度变换3.几何运算 5 5 图象运算图象运算110001000100011000zyxzyxzyx11000010000cossin00sincos1000zyxzy
12、x利用齐次坐标，变换前后图像上的象素点之间的关系可用如下矩阵变换表示 c.旋转变换这里讨论点绕坐标轴旋转的情况。1)绕z轴旋转角度zzzyyyxxx000 5 5 图象运算图象运算2)绕x轴旋转角度2)绕y轴旋转角度d.复合变换 指对图像连续施行若干次平移、比例、旋转等基本变换后所完成的变换，又叫级联变换。可以证明，复合变换的矩阵等于基本变换的矩阵按顺序依次相乘所得组合矩阵。设对给定的图像依次进行基本变换F1，F2，FN，它们的变换矩阵分别为T1，T2，TN，图像复合变换的矩阵T可以表示为：T=TNTN-1T1。110000cossin00sincos000111000zyxzyx110000
13、cos0sin00100sin0cos1000zyxzyxYUV与RGB彩色空间变换Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100B写成矩阵的形式：彩色空间彩色空间RGB-YUVRGB-YUVBGRVUY100.0515.0615.0436.0289.0147.0114.0587.0299.0YIQ与RGB彩色空间变换Y=0.299R+0.587G+0.114BI=0.596R-0.275G-0.321BQ=0.212R-0.523G+0.311B写成矩阵的形式：彩色空间RGB-YIQ彩色空间RGB-YCrC
14、bYCrCb与RGB彩色空间变换 数字域中的彩色空间变换与模拟域的彩色空间变换不同。它们的分量使用Y、Cr和Cb来表示，与RGB空间的转换关系如下：Y0.299R0.578G0.114BCr(0.500R0.4187G0.0813B)128Cb=(-0.1687R0.3313G0.500B)128写成矩阵的形式：图像的种类标准单色图 标准灰度图图像的种类256色标准图像 24位标准图像图像的种类256色标准图像转换成的灰度图 24位标准图像转换成的灰度图统计冗余统计冗余l图像数据存在大量的统计特征的重复，这种重复包括静态单帧图像数据在空间上的冗余和音频、视频数据在时间上的冗余。l在动态图像序列
15、中，前后两帧图像之间具有较大的相关性，表现出帧与帧之间的重复，因而存在时间冗余。信息熵冗余信息熵冗余 l信息熵定义为一组数据所表示的信息量，即 式中，E为信息熵，N为数据的种类(或称码元)个数，为第i个码元出现的概率。l一组数据的数据量显然等于各记录码元的二进制位数(即编码长度)与该码元出现的概率乘积之和，即 式中，D为数据量，为第i个码元的二进制位数。l一般取 (如ASCII编码把所有码元都编码为7比特)，这样得到的D必然大于E。这种因码元编码长度的不经济带来的冗余称为信息熵冗余或编码冗余。iNiippE210logiNiibpD10110Nbbb结构冗余结构冗余 有些图像从大面积上或整体上
16、看存在着有些图像从大面积上或整体上看存在着重复出现的相同或详尽的纹理结构，例如重复出现的相同或详尽的纹理结构，例如布纹图像和草席图像，被称为结构冗余。布纹图像和草席图像，被称为结构冗余。知识冗余知识冗余 有许多图像的理解与图像所表现内容的基础有许多图像的理解与图像所表现内容的基础知识知识(鲜艳或背景知识鲜艳或背景知识)有相当大的相关性，从这有相当大的相关性，从这种知识出发可以归纳出图像的某种规律性变化，种知识出发可以归纳出图像的某种规律性变化，这类冗余称为知识冗余。知识冗余的一个典型例这类冗余称为知识冗余。知识冗余的一个典型例子是对人像的理解，比如，鼻子上方有眼睛，鼻子是对人像的理解，比如，鼻
17、子上方有眼睛，鼻子又在嘴的上方等。子又在嘴的上方等。视觉冗余视觉冗余 人类的视觉系统实际上只在一定程度上人类的视觉系统实际上只在一定程度上对图像的变化产生敏感，即图像数据中存对图像的变化产生敏感，即图像数据中存在着大量人类视觉觉察不到的细节。事实在着大量人类视觉觉察不到的细节。事实上，人类视觉系统的一般分辨力为上，人类视觉系统的一般分辨力为6464灰度灰度级，而一般图像量化采用的是级，而一般图像量化采用的是256256灰度级，灰度级，这类冗余称为视觉冗余。这类冗余称为视觉冗余。图像数据压缩算法图像数据压缩算法l评价压缩算法的指标评价压缩算法的指标 l压缩算法分类压缩算法分类l行程长度编码行程长
18、度编码 l哈夫曼编码哈夫曼编码l算术编码算术编码 l词典编码词典编码 预测编码预测编码 变换编码变换编码 模型法编码模型法编码 混合编码混合编码 评价压缩算法的指标评价压缩算法的指标 l压缩比压缩比 指压缩编码后的数据量与原始数据指压缩编码后的数据量与原始数据大小的比值；大小的比值；l算法的复杂性和运算速度；l失真度。压缩比并不是一个绝对的指标压缩比并不是一个绝对的指标将16M色的真彩图像(图A)转变为256色(图B),数据量减少了约3倍,压缩比为1:3.当然这时产生了色彩失真,但如果选择原图的色彩范围定义调色板,色彩失真较小,人眼一般都还能接受.如果把图像深度从8位再压缩到4位,即从256色
19、再压到16色(图C),虽然数据量只减少了2倍,压缩比为1:2,但这时的人眼所看到的色彩失真比第一次大得多，效果很差图像效果 图像类型图A 真彩色图像图B 256色图像图C 16色图像压缩比8/24=1/34/24=1/6压缩算法分类压缩算法分类 根据对编码数据进行解码后与编码前的数据根据对编码数据进行解码后与编码前的数据是否一致可以把数据编码方法分为两类：是否一致可以把数据编码方法分为两类：无损编码无损编码。解码后的数据与编码前的数据完全一。解码后的数据与编码前的数据完全一致，没有任何失真。致，没有任何失真。有损编码有损编码。解码后的数据与原始数据有一定程度。解码后的数据与原始数据有一定程度的
20、偏差或失真，但一般不影响听觉或视觉效果。的偏差或失真，但一般不影响听觉或视觉效果。压缩算法分类压缩算法分类图像压图像压缩缩编码方编码方法法有损压缩有损压缩预测编码预测编码差分脉冲编码差分脉冲编码（DPCM）运动补偿运动补偿变换编码变换编码DTC变换变换小波变换小波变换子带编码子带编码模型编码模型编码分形编码分形编码模型基编码模型基编码基于重要基于重要性编码性编码滤波滤波子采样子采样矢量量化矢量量化混合编码混合编码JPEGMPEGH.261无损压缩无损压缩哈夫曼编码哈夫曼编码行程编码行程编码算术编码算术编码行程长度编码行程长度编码 l把一系列的重复值（例如图像象素的灰度值）用一个单独的值再加上一
21、个计数值来取代。l比如有这样一个字母序列aabbbccccccccdddddd它的行程长度编码就是2a3b8c6d。l很多位图文件格式都用行程长度编码，例如TIFF，PCX。行程长度编码行程长度编码例有一黑白图像，如图所示。如果用行程编码方法对其编码，其编码结果如下：(8,5)(7,3)(7,8)(6,6)(5,2)(5,5)(4,3)(4,6)(3,2)(3,8)(3,3)(2,5)(1,4)(0.4)87777777 77776666 66555555 54444444 44333333 33333332 22221111 0000二维图像数据哈夫曼编码哈夫曼编码编码步骤如下：统计信源符号
22、出现的概率；统计信源符号出现的概率；将信源符号按概率递减顺序排列；将信源符号按概率递减顺序排列；把两个最小的概率值加起来，作为一个新组合符号的概把两个最小的概率值加起来，作为一个新组合符号的概率；率；重复步骤重复步骤(2)(2)、(3)(3)，直到概率和达到，直到概率和达到1 1为止；为止；在每次合并信源时，将合并的信源分别标记在每次合并信源时，将合并的信源分别标记“1 1”和和“0 0”（例如，概率小的标记为（例如，概率小的标记为“1”1”，概率大的标记为，概率大的标记为“0 0”）；）；寻找从每一信源符号到概率为寻找从每一信源符号到概率为1 1的路径，记录下路径上的的路径，记录下路径上的“
23、1 1”和和“0 0”；(1)(1)对每一符号写出对每一符号写出“1”1”和和“0”0”序列；序列；哈夫曼编码的 例子考虑信源进行哈夫曼编码的过程如下：05.010.015.020.025.025.0654321xxxxxx哈夫曼编码的不足哈夫曼编码的不足 l它必须精确地统计出原始文件中每个值的出现频率，如果没有这个精确统计，压缩的效果就会大打折扣，甚至根本达不到压缩的效果。因此哈夫曼编码通常要经过两遍操作，第一遍进行统计，第二遍产生编码，所以编码的过程是比较慢的。l另外由于各种长度的编码的译码过程也比较复杂，因此解压缩的过程也比较慢。l它对于位的增删比较敏感。LZW编码lLZW编码算法在无失
24、真压缩算法中压缩比是比较高的，并且所花费时间比其他方法要少。l通过查找冗余字符串并将此字符串用较短的符号标记替代的压缩算法例如：输入字符串abbbaaccaacccc代码（指针）分析得到的字符 导出的字符（编码形式）1a12b23c34ab1b5bb2b6bba5a7aa1a8ac1c9cc3c10ca3a11aac7c12ccc9c预测编码l一般在图像中局部区域的象素是高度相关的，因一般在图像中局部区域的象素是高度相关的，因此可以用先前象素的有关灰度知识来对当前象素此可以用先前象素的有关灰度知识来对当前象素的灰度进行预计，这就是预测。的灰度进行预计，这就是预测。l预测编码可分为线性预测编码和
25、非线性预测编码。预测编码可分为线性预测编码和非线性预测编码。前者常被称为差分脉冲编码调制，即前者常被称为差分脉冲编码调制，即DPCM(Differential Pulse Code Modulation)。DPCM的原理框图 DPCM编码示例编码示例DPCM系统如图所示，预测器系统如图所示，预测器的预测值为前一个样值的预测值为前一个样值(图中图中D表示单位延迟表示单位延迟)。假设输入信号。假设输入信号已经量化，差值不再进行量化。已经量化，差值不再进行量化。若若 D P C M 系 统 的 输 入 为系 统 的 输 入 为0,1,2,1,1,2,3,3,4,4,则编码则编码过程如下：过程如下：变
26、换编码变换编码 l变换编码就是将时域信号变换编码就是将时域信号(如图像光强矩阵如图像光强矩阵)变换变换到频域信号到频域信号(系数空间系数空间)上进行处理的方法。上进行处理的方法。l在空间上具有强相关的信号，反映在频域上是某在空间上具有强相关的信号，反映在频域上是某些特定的区域内能量常常被集中在一起，或者是些特定的区域内能量常常被集中在一起，或者是系数矩阵的分布具有某些规律。我们可以利用这系数矩阵的分布具有某些规律。我们可以利用这些规律在频域上减少量化比特数，达到压缩的目些规律在频域上减少量化比特数，达到压缩的目的。的。典型的变换编码和解码过程典型的变换编码和解码过程 图中的变换一般采用正交变换
27、，这是由于正交变换的变换矩阵是可逆的且逆矩阵与转置矩阵相等，这就使解码运算是有解的且运算方便，因此运算矩阵总是选用正交变换来做。模型法编码模型法编码 l模型编码则是利用计算机视觉和计算机图形学的模型编码则是利用计算机视觉和计算机图形学的知识对图像信号的分析与合成。知识对图像信号的分析与合成。l模型编码的关键是对特定的图像建立模型，并根模型编码的关键是对特定的图像建立模型，并根据这个模型确定图像中景物的特征参数，如运动据这个模型确定图像中景物的特征参数，如运动参数、形状参数等。解码时则根据参数和已知模参数、形状参数等。解码时则根据参数和已知模型用图像合成技术重建图像。型用图像合成技术重建图像。l
28、模型编码引入的误差主要是人眼视觉不太敏感的模型编码引入的误差主要是人眼视觉不太敏感的几何失真，因此重建图像非常自然和逼真。几何失真，因此重建图像非常自然和逼真。混合编码混合编码 以两种或两种以上的方法对图像进行编码称为以两种或两种以上的方法对图像进行编码称为混合编码，本章后面介绍的混合编码，本章后面介绍的JPEG和和MPEG都属于都属于混合编码。混合编码。4.4 常用图形、图像文件的格式l矢量图和位映像图矢量图和位映像图l图像文件的一般结构图像文件的一般结构lBMP文件格式文件格式 lGIF文件格式文件格式lTIF文件格式文件格式 lPNG文件格式文件格式 图像文件的一般结构图像文件的一般结构
29、矢量图和位映像图矢量图和位映像图l矢量图是用数学方法描述的一系列点、线、弧和矢量图是用数学方法描述的一系列点、线、弧和其它几何形状，因此存放这种图使用的格式称为其它几何形状，因此存放这种图使用的格式称为矢量图格式，存储的数据主要是绘制图形的数学矢量图格式，存储的数据主要是绘制图形的数学描述；描述；l位映像图位映像图(bitmapped graphics)也称光栅图也称光栅图(raster graphics)，这种图就像电视图像一样，这种图就像电视图像一样，由像点组成的，因此存放这种图使用的格式称为由像点组成的，因此存放这种图使用的格式称为位映像图格式，经常简称为位图格式，存储的数位映像图格式，
30、经常简称为位图格式，存储的数据是描述像素的数值。据是描述像素的数值。矢量图矢量图 矢量图是用一系列计算机指令来表示矢量图是用一系列计算机指令来表示一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、一幅图，如画点、画线、画曲线、画圆、画矩形等。这种方法实际上是数学方法来画矩形等。这种方法实际上是数学方法来描述一幅图，然后变成许多的数学表达式，描述一幅图，然后变成许多的数学表达式，再编程，用计算机语言来表达。在计算显再编程，用计算机语言来表达。在计算显示图时，也往往能看到画图的过程。绘制示图时，也往往能看到画图的过程。绘制和显示这种图的软件通常称为绘图程序和显示这种图的软件通常称为绘图程序(draw progr
31、ams)。位图位图 位图法与矢量图法很不相同。它是把一幅彩色位图法与矢量图法很不相同。它是把一幅彩色图分成许多的像素，每个像素用若干个二进制位来图分成许多的像素，每个像素用若干个二进制位来指定该像素的颜色、亮度和属性。因此一幅图由许指定该像素的颜色、亮度和属性。因此一幅图由许多描述每个像素的数据组成，这些数据通常称为图多描述每个像素的数据组成，这些数据通常称为图像数据，而这些数据作为一个文件来存储，这种文像数据，而这些数据作为一个文件来存储，这种文件又称为图像文件。如要画点位图，或者编辑点位件又称为图像文件。如要画点位图，或者编辑点位图，则用类似于绘制矢量图的软件工具，这种软件图，则用类似于绘
32、制矢量图的软件工具，这种软件称为画图程序称为画图程序(paint programs)。位图和矢量图的区别位图和矢量图的区别 BMP文件格式文件格式 l图文件图文件(Bitmap-File(Bitmap-File，BMP)BMP)格式是格式是WindowsWindows采用采用的图像文件存储格式，在的图像文件存储格式，在WindowsWindows环境下运行的所环境下运行的所有图像处理软件都支持这种格式。有图像处理软件都支持这种格式。lBMPBMP图像文件由以下三部分组成：位图文件头图像文件由以下三部分组成：位图文件头(BITMAPHEADER)(BITMAPHEADER)数据结构、位图信息数据
33、结构、位图信息(BITMAPINFO)(BITMAPINFO)数据结构和位图阵列。数据结构和位图阵列。位图文件头位图文件头 位图文件头数据结构包含位图文件头数据结构包含BMP图像文件的类型、图像文件的类型、显示内容等信息。它的数据结构如下：显示内容等信息。它的数据结构如下：typedef structint bfType;/*always BM*/long bfSize；/*file size*/int bfReserved1；int bfReserved2；long bfOffBits;/*image data offset*/BITMAPFILEHEADER;典型的BMP图像文件 在Win
34、dows环境中，它的名字是SEAWATER.BMP。GIF 文件格式文件格式lGIF(Graphics Interchange Format)GIF(Graphics Interchange Format)是是CompuServeCompuServe公司开发的图像文件存储格式，称为图形交换格式。公司开发的图像文件存储格式，称为图形交换格式。l19871987年开发的年开发的GIFGIF文件格式版本号是文件格式版本号是GIF87aGIF87a，19891989年进行了扩充，扩充后的版本号定义为年进行了扩充，扩充后的版本号定义为GIF89aGIF89a。l一个一个GIFGIF文件由表示图形文件由表
35、示图形/图像的数据块、数据子块图像的数据块、数据子块以及显示图形以及显示图形/图像的控制信息块组成。图像的控制信息块组成。lGIFGIF文件格式采用了文件格式采用了LZW(Lempel-Ziv Walch)LZW(Lempel-Ziv Walch)压缩算压缩算法来存储图像数据。法来存储图像数据。lGIFGIF文件格式可在一个文件中存放多幅彩色图形文件格式可在一个文件中存放多幅彩色图形/图图像。像。GIF文件的典型结构文件的典型结构 TIF文件格式文件格式lTIF是TIFF(Tagged Image Format File)文件的扩展名，该格式由美国Aldus Developers Desk和M
36、icrosoft Windows Marketing Group制订。lTIFF支持任意大小的图像，从单色的二值图像到24位的真彩色图像；支持灰度图像，也支持EGA/VGA上最常见的调色板式图像。lTIF格式的优点主要是适合于广泛的应用程序，它与计算机体系结构、操作系统和图形处理的硬件无关。TIFF文件组成文件组成l文件头(8字节)l参数指针表 l参数数据表PNG文件格式文件格式 lPNG是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。lPNG使用从LZ77派生的无损数据压缩算法。PNG的优点的优点 l兼有G
37、IF和JPEG的色彩模式 lPNG能把图像文件压缩到极限以利于网络传输，但又能保留所有与图像品质有关的信息的解决方案 l更优化的传输显示 l透明图像在制作网页图像的时候很有用 lPNG可以让你在Macintosh上制作的图像与在Windows上所显示的图像完全相同 PNG图像的缺点图像的缺点 lPNG不支持动画的应用不支持动画的应用 l因为因为PNG采用的是无损压缩方式，尽管相同图像采用的是无损压缩方式，尽管相同图像质量的质量的PNG图像文件比图像文件比JPEG图像文件小，但是图像文件小，但是JPEG可以适当地牺牲画面品质而取得比可以适当地牺牲画面品质而取得比PNG更更小的文件尺寸小的文件尺寸
38、 lPNG不支持不支持CMYK的模式的模式 静态图像压缩标准静态图像压缩标准lJPEG lJPEG2000 JPEGlJPEG是国际标准化组织是国际标准化组织(ISO)和国际电报电话咨询委员会和国际电报电话咨询委员会(CCITT)关于静止图像编码的联合专家组关于静止图像编码的联合专家组(Joint Photographic Experts Group)名称的缩写。名称的缩写。l该标准可用于自然景象或任何连续色调图像的数字数据的该标准可用于自然景象或任何连续色调图像的数字数据的压缩编码和解码。对于数字化精度为每种彩色分量每个样压缩编码和解码。对于数字化精度为每种彩色分量每个样点点4至至16比特的
39、数字图像有良好的压缩效果，但不适用于比特的数字图像有良好的压缩效果，但不适用于二值图像。二值图像。lJPEG标准综合了多年来图像压缩编码的研究成果，是一标准综合了多年来图像压缩编码的研究成果，是一种集大成的算法。种集大成的算法。l该标准规定了两种工作方式，即顺序方式和渐进方式；还该标准规定了两种工作方式，即顺序方式和渐进方式；还规定了三种级别的编码算法，即基本系统规定了三种级别的编码算法，即基本系统(Baseline system)、扩展系统、扩展系统(Extended system)和无失真系统和无失真系统(Lossless coding)。JPEG能达到的压缩效果能达到的压缩效果 采用采用
40、JPEG算法所能达到的压缩效果，与被压缩图算法所能达到的压缩效果，与被压缩图像的特性有关。对于在开发和测试本算法标准时所用的像的特性有关。对于在开发和测试本算法标准时所用的那些内容是彩色自然景物和人像的测试图片，压缩到那些内容是彩色自然景物和人像的测试图片，压缩到0.15比特比特/像素时，图像可识别；像素时，图像可识别；0.25比特比特/像素时，解码像素时，解码后的图像可评价为后的图像可评价为“有用有用(useful image)”；约；约0.75比特比特/像素时，被认为是像素时，被认为是“极佳极佳(very good)”；大约；大约1.5比特比特/像像素时基本上与原图像无法区别。用无失真算法
41、对这些测素时基本上与原图像无法区别。用无失真算法对这些测试图片进行压缩编码，大致可以得到试图片进行压缩编码，大致可以得到2:1的压缩比。的压缩比。JPEGJPEG算法的不同压缩比及其压缩效果实例算法的不同压缩比及其压缩效果实例顺序方式顺序方式 图像被分割为成行成列的四方小块，编码时由图像被分割为成行成列的四方小块，编码时由左而右，由上而下地逐行逐列对每个小块进行运算，左而右，由上而下地逐行逐列对每个小块进行运算，直到所有小块都被编码为止。每个小块的编码都是直到所有小块都被编码为止。每个小块的编码都是一次完成。解码时按编码顺序逐块解码，也是一次一次完成。解码时按编码顺序逐块解码，也是一次完成。完
42、成。渐进方式渐进方式l整个图像首先以一种低于最终质量要求的质量标整个图像首先以一种低于最终质量要求的质量标准准(如分辨率或数据精度如分辨率或数据精度)进行编码，完成后再以进行编码，完成后再以较上次高一级的质量要求再进行一次编码，但仅较上次高一级的质量要求再进行一次编码，但仅传送为改善质量所需增加的那部分信息。这种过传送为改善质量所需增加的那部分信息。这种过程可以重复若干次直至达到所需的最终质量要求。程可以重复若干次直至达到所需的最终质量要求。l每个子过程中的编码则还是顺序方式的。每个子过程中的编码则还是顺序方式的。实现方式实现方式 l谱选择法 l逐次逼近 l阶梯方式 基本系统基本系统l以离散余
43、弦变换为核心，采用顺序工作方式，适用于一般精度(每种分量每个样点8比特)的图像，有良好的压缩效果，压缩比可调。l标准规定，每个JPEG静止图像压缩编解码器都必须具有实现基本系统的功能。基本系统算法基本系统算法 l通过离散余弦变换减少图像数据的相关性；通过离散余弦变换减少图像数据的相关性；l利用人眼视觉特性对系数进行自适应量化；利用人眼视觉特性对系数进行自适应量化；l对每个子块量化后的系数矩阵进行对每个子块量化后的系数矩阵进行Z形扫描，形扫描，将系数矩阵变换成符号序列；将系数矩阵变换成符号序列；l用哈夫曼变长码对符号进行熵编码。用哈夫曼变长码对符号进行熵编码。基本系统流程基本系统流程 Z形扫描扩
44、展系统扩展系统l将基本系统在若干方面增强并减少一些限制条件将基本系统在若干方面增强并减少一些限制条件后就称为扩展系统。后就称为扩展系统。l扩展系统可对精度范围扩展系统可对精度范围412bit的图像进行处理，的图像进行处理，可采用渐进方式，可选用哈夫曼码或算术码对离可采用渐进方式，可选用哈夫曼码或算术码对离散余弦变换产生的统计事件进行压缩编码。散余弦变换产生的统计事件进行压缩编码。无失真系统无失真系统l无失真系统采用二维无失真系统采用二维DPCM技术，实现无失真压技术，实现无失真压缩，当然压缩比不可能很高。缩，当然压缩比不可能很高。无失真编码器源图像数据压缩的图像数据预测器熵编码器表说明DPCM
45、预测编码框图JPEG2000lJPEG2000的核心的核心 lJPEG2000的优势的优势 lJPEG2000的应用的应用 JPEG2000的核心l放弃了放弃了JPEG 所采用的以离散余弦变换算法为主所采用的以离散余弦变换算法为主的区块编码方式，而改用以离散小波变换算法为的区块编码方式，而改用以离散小波变换算法为主的多解析编码方式。主的多解析编码方式。lJPEG2000还将彩色静态画面采用的还将彩色静态画面采用的JPEG编码方编码方式、式、2值图像采用的值图像采用的JBIG(Joint Binary Image Group)编码方式及低压缩率采用编码方式及低压缩率采用JPEGLS统一起统一起来
46、，成为对应各种图像的通用编码方式。来，成为对应各种图像的通用编码方式。JPEG2000的优势的优势l高压缩率高压缩率 l无损压缩无损压缩 l渐进传输渐进传输 l感兴趣区域压缩感兴趣区域压缩 JPEG2000的应用l目前，支持目前，支持JPEG2000的软件已经出现，如的软件已经出现，如LuraWave Smart Compress Freeware for Windows为为ACDSee 3.0提供提供 JPEG2000 LWF 格式的外挂插件，这样只要安置了这个插件就格式的外挂插件，这样只要安置了这个插件就可以观看和制作采用可以观看和制作采用JPEG2000编码的编码的LWF格格式文件。式文件。l在不久的将来，在不久的将来，JPEG2000无论是在传统的无论是在传统的JPEG市场（如数码相机、扫描仪等）还是在新市场（如数码相机、扫描仪等）还是在新兴应用领域（如网路传输、无线通讯、医疗影兴应用领域（如网路传输、无线通讯、医疗影像等）都将大有用武之地。像等）都将大有用武之地。
