五、圖像、圖形與視頻信息的表示

　　(一)圖像1.圖像的獲取與表示

　　圖像獲取的過(guò)程實(shí)質(zhì)上是信號(hào)掃描和數(shù)字化的過(guò)程，它的處理步驟大體可分3步:

　　(1)取樣;(2)分色;(3)量化。

　　2.圖像的壓縮編碼

　　一幅圖像的數(shù)據(jù)量可按下面的公式進(jìn)行計(jì)算(以字節(jié)為單位):

　　圖像數(shù)據(jù)量=圖像寬度×圖像高度×圖像深度/8

　　圖像壓縮方法很多，不同方法有不同的適用場(chǎng)合和范圍。評(píng)價(jià)一種壓縮編碼方法的優(yōu)劣主要有下列幾點(diǎn):

　　(1)壓縮倍數(shù)

　　(2)重建圖像的質(zhì)量

　　(3)算法復(fù)雜度(成本)

　　(4)時(shí)間延遲

　　ISO和IEO兩個(gè)國(guó)際機(jī)構(gòu)聯(lián)合組成了一個(gè)專家組(Joint Photographic Experts Group，簡(jiǎn)稱JPEG)，負(fù)責(zé)制定靜止較像數(shù)據(jù)壓縮編碼的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，稱為JPEG標(biāo)準(zhǔn)(ISO/IEC10918)。

　　3.圖像文件格式

　　(1)JPEG文件交換格式(JPEG File Interchange Format)

　　經(jīng)JPEG算法壓縮后的圖像數(shù)據(jù)，按一定的語(yǔ)法規(guī)則組織成JPEG文件交換格式，以便存儲(chǔ)或傳輸，需要時(shí)再通過(guò)解碼器重建原來(lái)的圖像。

　　(2)BMP文件格式

　　BMP(Bitmap-File)圖像文件是Windows操作系統(tǒng)采用的圖像文件格式，在Windows環(huán)境下運(yùn)行的所有圖像處理軟件幾乎都支持BMP圖像文件格式。它是一種與設(shè)備無(wú)關(guān)的位圖格式(Device-Independent Bitmap，DIB)，目的是為了讓W(xué)indows能夠在任何類型的顯示設(shè)備上輸出所存儲(chǔ)的圖像。BMP位圖文件默認(rèn)的文件擴(kuò)展名是.bmp。

　　(3)GIF文件格式

　　GIF(Graphics Interchange Format)是CompuServe公司開發(fā)的圖像文件交換格式，它以數(shù)據(jù)塊(Block)為單位來(lái)存儲(chǔ)圖像的相關(guān)信息。一個(gè)GIF文件由表示圖像的數(shù)據(jù)塊、數(shù)據(jù)子塊以及顯示圖像的控制信息塊組成，稱為GIF數(shù)據(jù)流(Data Stream)。數(shù)據(jù)流中的所有控制信息塊和數(shù)據(jù)塊都必須在文件頭(Header)和文件結(jié)束塊(Trailer)之間。

　　(4)TIFF文件格式

　　TIFF文件是一種極其靈活易變的格式，能支持多種壓縮方法，如RLC編碼、LZW編碼、CCITT格式的數(shù)據(jù)等。它定義了4類不同的文件格式:TIFF-B適用于二值圖像、TIFF-G適用于黑白灰度圖像、TIFF-P適用于帶調(diào)色板的彩色圖像以及TIFF-R適用于RGB的彩色圖像。TIFF-文件由4部分組成:文件頭、文件目錄、目錄表項(xiàng)和點(diǎn)陣圖像數(shù)據(jù)。像GIF文件一樣，TIFF文件也支持多個(gè)圖像，即在一個(gè)文件中包括多個(gè)圖像，也稱為子文件(Subfile)，圖像文件目錄的最后一項(xiàng)如果是0000，表示文件結(jié)束，否則就指向下一個(gè)文件。

　　(5)PNG格式

　　PNG(Portable Network Graphic Format)是一種圖像文件的存儲(chǔ)格式，讀成“ping”。它是20世紀(jì)90年代中期由W3C開發(fā)的，目的是想替代GIF和TIFF文件格式。

　　(二)圖形1.計(jì)算機(jī)合成圖像的繪制

　　在計(jì)算機(jī)內(nèi)建立了景物的模型之后，從景物的模型生成用戶可見的具有高度真實(shí)感的該景物的圖像，此即所謂的圖像繪制(Rendering)，也稱為圖像合成(Image Synthesis)。

　　計(jì)算機(jī)合成圖像的技術(shù)受到兩個(gè)方面的挑戰(zhàn)。首先是在許多應(yīng)用中，要求實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)感圖像能做到實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪制，即計(jì)算機(jī)能根據(jù)用戶給定的觀察點(diǎn)實(shí)時(shí)生成真實(shí)感圖像，即所謂“交互實(shí)時(shí)”。另一個(gè)挑戰(zhàn)是景物模型的復(fù)雜程度不斷提高，模型的面片數(shù)經(jīng)常達(dá)到幾十萬(wàn)或幾百萬(wàn)個(gè)。顯然，為了滿足實(shí)時(shí)顯示的要求，一方面要提高計(jì)算機(jī)和圖形顯示卡的性能，另一方面要研究開發(fā)新的真實(shí)感圖像實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)繪制算法。

　　2.計(jì)算機(jī)合成圖像的應(yīng)用

　　使用計(jì)算機(jī)合成圖像(計(jì)算機(jī)圖形學(xué))是發(fā)明攝影技術(shù)和電影與電視技術(shù)之后最重要的一種生成圖像的方法。使用計(jì)算機(jī)合成圖像的主要優(yōu)點(diǎn)有:計(jì)算機(jī)不但能生成實(shí)際存在的具體景物的圖像，還能生成假想或抽象景物的圖像，如科幻片中的怪獸、飛行器，工程師構(gòu)思中的新產(chǎn)品形狀與結(jié)構(gòu)等;計(jì)算機(jī)不僅能生成靜止圖像，還能生成各種運(yùn)動(dòng)、變化的動(dòng)態(tài)圖像。在生成圖像的進(jìn)程中，人們可以與計(jì)算機(jī)交互地進(jìn)行各種控制和修改。正因?yàn)檫@些原因，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有著廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。

　　(1)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和輔助制造(CAD/CAM)

　　(2)利用計(jì)算機(jī)生成各種地形圖、交通圖、天氣圖、海洋圖、石油開采圖等。

　　(3)作戰(zhàn)指揮和軍事訓(xùn)練。

　　(4)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和計(jì)算機(jī)藝術(shù)。

　　(三)視頻信息的表示

　　PC計(jì)算機(jī)中所說(shuō)的視頻信息(Video)，指的是內(nèi)容連續(xù)變化的運(yùn)動(dòng)圖像。

　　視頻信息為了能進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，它首先必須“數(shù)字化”。數(shù)字化的過(guò)程比聲音復(fù)雜一些，它是以一幅幅彩構(gòu)畫面為單位進(jìn)行的。

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