圖像的數(shù)字化處理及其文件格式特點(diǎn)

肖　毅　步金梅　楊　璐

摘要：在人們的工作和生活中，大量生動(dòng)逼真的數(shù)字化圖像帶來(lái)了很多便利和樂(lè)趣，因而深受人們的喜愛(ài)。但有不少人對(duì)種類繁多的計(jì)算機(jī)圖像文件知之甚少，本文將重點(diǎn)介紹了圖像的數(shù)字化處理及一些常見(jiàn)常用的計(jì)算機(jī)圖像文件格式特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：圖像；數(shù)字化處理；文件格式；特點(diǎn)

當(dāng)今隨著INTERNET及多媒體技術(shù)的高速發(fā)展，Web上或多媒體光盤中存在的大量生動(dòng)逼真的數(shù)字化圖像，給人們的工作和生活帶來(lái)了很多便利和樂(lè)趣,因而倍受人們的喜愛(ài)。但有不少人對(duì)種類繁多的計(jì)算機(jī)圖像文件知之甚少，不僅對(duì)幾十種文件格式搞得云里霧里，不知所措，而且造成圖像的制作和使用的麻煩，甚至死機(jī)。所以，本文將重點(diǎn)介紹了圖像的數(shù)字化處理及一些常見(jiàn)常用的計(jì)算機(jī)圖像文件格式特點(diǎn),以便在各種不同的應(yīng)用中能夠很好的把握。

1 圖像的數(shù)字化處理

1.1 圖像數(shù)字化是計(jì)算機(jī)圖像處理之前的基本步驟，目的是把真實(shí)的圖像，轉(zhuǎn)變成計(jì)算機(jī)能夠接受的存儲(chǔ)格式。數(shù)字化過(guò)程分為采樣與量化處理兩個(gè)步驟，采樣的實(shí)質(zhì)就是要用多少點(diǎn)來(lái)描述一張圖像，比如，一幅640×480的圖像，就表示這幅圖像是由307200個(gè)點(diǎn)所組成?？梢?jiàn)，想要得到更加清晰的圖像質(zhì)量，就需要使用更多的點(diǎn)來(lái)表示圖像，但相對(duì)需要付出更大的存儲(chǔ)空間的代價(jià)。采樣的結(jié)果就是通常所說(shuō)的圖像分辨率。量化是指要使用多大范圍的數(shù)值，來(lái)表示圖像采樣之后的每一個(gè)點(diǎn)。這個(gè)數(shù)值范圍包括了圖像上所能使用的顏色總數(shù)。例如，以4個(gè)bits存儲(chǔ)一個(gè)點(diǎn)，就表示圖像只能有16種顏色。數(shù)值范圍越大，表示圖像可以擁有更多的顏色，自然可以產(chǎn)生更為細(xì)致的圖像效果。但是，也同樣必須占用更大的存儲(chǔ)空間。量化的結(jié)果是圖像能夠容納的顏色總數(shù)。兩者的基本問(wèn)題都是視覺(jué)效果與存儲(chǔ)空間的取舍問(wèn)題。

在采樣與量化處理后，才能產(chǎn)生一張數(shù)字化的圖像，再運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖像處理軟件的各種技巧，對(duì)圖像進(jìn)行修飾或者轉(zhuǎn)換，方能進(jìn)一步達(dá)到所希望的圖像效果。

1.2數(shù)字化后的圖像數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中一般有兩種存儲(chǔ)方式，一種是位映射（Bitmap），即位圖模式；而另一種是向量處理(Vector)，也稱矢量圖模式。

1.2.1 位映射是將圖像的每一點(diǎn)數(shù)值存放在以字節(jié)為單位的矩陣中。當(dāng)圖像是單色時(shí)，一字節(jié)可存放8點(diǎn)圖像數(shù)據(jù)；16色圖像每?jī)牲c(diǎn)用一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)；256色圖像每一點(diǎn)用一字節(jié)存儲(chǔ)。這樣就能夠精確地描述各種不同顏色模式的圖像畫面。所以此種存儲(chǔ)模式比較適合于內(nèi)容復(fù)雜的圖像和真實(shí)的照片。

1.2.2 向量處理不存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的每一點(diǎn)，而是存儲(chǔ)圖像內(nèi)容的輪廓部分。例如，一個(gè)圓形圖案只要存儲(chǔ)圓心的坐標(biāo)位置和半徑長(zhǎng)度，以及圓形邊線和內(nèi)部的顏色。該存儲(chǔ)方式缺點(diǎn)是經(jīng)常耗費(fèi)大量的時(shí)間做一些復(fù)雜的分析演算工作；但圖像的縮放不會(huì)影響到顯示精度，也即圖像不會(huì)失真，且圖像的存儲(chǔ)空間較之位圖方式要少得多。所以，向量處理比較適合存儲(chǔ)各種圖表和工程設(shè)計(jì)圖以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，而一般圖像文件較少采用向量處理方式。

總體來(lái)看，位圖是記錄每一個(gè)象素的顏色值，再把這些象素點(diǎn)組合成一幅圖像；而矢量圖是保存節(jié)點(diǎn)的位置和曲線、顏色的算法，所以，位圖占用的存儲(chǔ)空間較矢量圖要大的多，而矢量圖的顯示速度較位圖慢。

2常見(jiàn)的圖像文件格式及其特點(diǎn)

在計(jì)算機(jī)中數(shù)字化圖形與圖像文件的存儲(chǔ)格式主要有以下幾種:

2.1BMP格式。BMP是英文Bitmap（位圖）的簡(jiǎn)寫，它是Windows操作系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)圖像文件格式。這種格式的特點(diǎn)是包含的圖像信息較豐富，幾乎不進(jìn)行壓縮，但由此導(dǎo)致了它與生俱生來(lái)的缺點(diǎn)--占用磁盤空間過(guò)大。所以，目前BMP在單機(jī)上比較流行。

2.2JPEG格式。JPEG也是常見(jiàn)的一種圖像格式，它由聯(lián)合照片專家組（Joint Photographic Experts Group）開(kāi)發(fā)并以命名為"ISO 10918-1"。JPEG文件的擴(kuò)展名為.jpg或.jpeg，其壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，獲得極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動(dòng)的圖像，就是可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質(zhì)量。目前各類瀏覽器均支持JPEG這種圖像格式，因?yàn)镴PEG格式的文件尺寸較小，下載速度快，使得Web頁(yè)有可能以較短的下載時(shí)間提供大量美觀的圖像，JPEG是網(wǎng)絡(luò)上最受歡迎的圖像格式。PEG是一種很靈活的格式，具有調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量的功能，可以用不同的壓縮比例對(duì)這種文件壓縮。一張5in的照片，以300dpi分辨率和JPG格式存儲(chǔ)，只占據(jù)100多KB到1000多KB的存儲(chǔ)空間（視壓縮率不同而不同）。它是多媒體CAI課件制作中最常用的，特別是制作網(wǎng)絡(luò)式CAI課件，使用更加廣泛。

2.3GIF格式。GIF是英文Graphics Interchange Format（圖形交換格式）的縮寫。顧名思義，這種格式是用來(lái)交換圖片的。GIF格式是Internet上www中的重要文件格式之一。 GIF格式的特點(diǎn)是壓縮比高，磁盤空間占用較少，所以這種圖像格式迅速得到了廣泛的應(yīng)用。

目前Internet上大量采用的彩色動(dòng)畫文件多為這種格式的文件，也稱為GIF89a格式文件。此外，網(wǎng)絡(luò)傳輸中GIF圖像格式還增加了漸顯方式，也就是說(shuō)，在圖像傳輸過(guò)程中，用戶可以先看到圖像的大致輪廓，然后隨著傳輸過(guò)程的繼續(xù)而逐步看清圖像中的細(xì)節(jié)部分。但GIF不能存儲(chǔ)超過(guò)256色的圖像，不支持真彩色。盡管如此，這種格式仍在網(wǎng)絡(luò)上大行其道應(yīng)用，這和GIF圖像文件短小、下載速度快、可用許多具有同樣大小的圖像文件組成動(dòng)畫等優(yōu)勢(shì)是分不開(kāi)的。在網(wǎng)絡(luò)式多媒體CAI課件中受到普遍歡迎。

2.4TIFF格式。TIFF（Tag Image File Format）是Mac中廣泛使用的圖像格式，它由Aldus和微軟聯(lián)合開(kāi)發(fā)。它的特點(diǎn)是圖像格式復(fù)雜、存貯信息多。正因?yàn)樗鎯?chǔ)的圖像細(xì)微層次的信息非常多，圖像的質(zhì)量也得以提高，故而非常有利于原稿的復(fù)制。

TIFF格式有壓縮和非壓縮二種形式，其中壓縮可采用LZW無(wú)損壓縮方案存儲(chǔ)。由于TIFF格式結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，兼容性較差，因此有的軟件可能不能正確識(shí)別TIFF文件。目前在Mac和PC機(jī)上移植TIFF文件也十分便捷，因而TIFF是使用最廣泛的圖像文件格式之一，更多使用于掃描儀和文字識(shí)別中。

2.5PSD格式。是著名的Adobe公司的圖像處理軟件Photoshop的專用格式Photoshop Document（PSD）。PSD其實(shí)是Photoshop進(jìn)行平面設(shè)計(jì)的一張"草稿圖"，它里面包含有各種圖層、通道、遮罩等多種設(shè)計(jì)的樣稿，以便于下次打開(kāi)文件時(shí)可以修改上一次的設(shè)計(jì)。在Photoshop所支持的各種圖像格式中，PSD的存取速度比其它格式快很多，功能也很強(qiáng)大。目前Photoshop越來(lái)越被廣泛地應(yīng)用，這種格式已被普遍使用。PSD格式能夠保存圖像數(shù)據(jù)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，包括層、附加的模板通道以及其他內(nèi)容，所以，此格式的圖像文件特別大，需轉(zhuǎn)換成其他格式存盤，如JPEG格式。

2.6SWF格式。利用Flash我們可以制作出一種后綴名為SWF（Shockwave Format）的動(dòng)畫。在圖像的傳輸方面，不必等到文件全部下載才能觀看，而是可以邊下載邊看，因此特別適合網(wǎng)絡(luò)傳輸，SWF如今已被大量應(yīng)用于WEB網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行多媒體演示與交互性設(shè)計(jì)。SWF格式作品以其高清晰度的畫質(zhì)和小巧的體積，受到了越來(lái)越多網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)者的青睞，也越來(lái)越成為網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫和網(wǎng)頁(yè)圖片設(shè)計(jì)制作的主流，目前已成為網(wǎng)上動(dòng)畫的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)。

2.7 PNG格式。PNG（Portable Network Graphics）是一種新興的網(wǎng)絡(luò)圖像格式。其特點(diǎn)有：PNG是目前保證最不失真的格式，它汲取了GIF和JPG二者的優(yōu)點(diǎn)，存貯形式豐富，兼有GIF和JPG的色彩模式；能把圖像文件壓縮到極限以利于網(wǎng)絡(luò)傳輸，但又能保留所有與圖像品質(zhì)有關(guān)的信息，因?yàn)镻NG是采用無(wú)損壓縮方式來(lái)減少文件的大小，這與犧牲圖像品質(zhì)以換取高壓縮率的JPG有所不同；顯示速度很快，只需下載1/64的圖像信息就可以顯示出低分辨率的預(yù)覽圖像；PNG同樣支持透明圖像的制作，在制作網(wǎng)頁(yè)圖像的時(shí)候經(jīng)常用到透明圖像，可以把圖像背景設(shè)為透明，用網(wǎng)頁(yè)本身的顏色信息來(lái)代替設(shè)為透明的色彩，這樣可讓圖像和網(wǎng)頁(yè)背景很和諧地融合在一起；PNG的缺點(diǎn)是不支持動(dòng)畫應(yīng)用效果。

2.8SVG格式。SVG的英文全稱為Scalable Vector Graphics，意思為可縮放的矢量圖形。它提供了目前網(wǎng)絡(luò)流行格式GIF和JPEG無(wú)法具備了優(yōu)勢(shì)：可以任意放大圖形顯示，但絕不會(huì)以犧牲圖像質(zhì)量為代價(jià)；字在SVG圖像中保留可編輯和可搜尋的狀態(tài)； SVG文件比JPEG和GIF格式的文件要小很多，因而下載也很快。SVG的開(kāi)發(fā)將會(huì)為Web提供新的圖像標(biāo)準(zhǔn)。

2.9WMF格式。WMF（Windows Metafile Format）是Windows中常見(jiàn)的一種圖元文件格式，屬于矢量文件格式。它具有文件短小、圖案造型化的特點(diǎn)，整個(gè)圖形常由各個(gè)獨(dú)立的組成部分拼接而成，其圖形往往較粗糙。在平面設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用和在流行的多媒體課件創(chuàng)作工具中，如PowerPoint等都支持這種格式的靜圖文件格式。

2.10EPS格式。EPS（Encapsulated PostScript）是PC機(jī)用戶較少見(jiàn)的一種格式，而蘋果Mac機(jī)的用戶則用得較多。它是用PostScript語(yǔ)言描述的一種ASCII碼文件格式， EPS格式是專門為存儲(chǔ)矢量圖而設(shè)計(jì)的，能描述32位圖形，分為Photoshop EPS格式和標(biāo)準(zhǔn)EPS格式。主要用于排版、打印等輸出工作。

2.11TGA格式。TGA（Tagged Graphics）文件是由美國(guó)Truevision公司為其顯示卡開(kāi)發(fā)的一種圖像文件格式，已被國(guó)際上的圖形、圖像工業(yè)所接受。TGA的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，屬于一種圖形、圖像數(shù)據(jù)的通用格式，在多媒體領(lǐng)域有著很大影響，是計(jì)算機(jī)生成圖像向電視轉(zhuǎn)換的一種首選格式。

以上介紹了圖像的數(shù)字化處理及一些常見(jiàn)常用的計(jì)算機(jī)圖像文件格式特點(diǎn),以便我們?cè)诟鞣N不同場(chǎng)合中能夠很好的應(yīng)用。我們?cè)诓扇∧闹懈袷絻?chǔ)存圖像時(shí)，要根據(jù)使用目的在圖像質(zhì)量、占用空間、運(yùn)行速度上找到平衡點(diǎn)。比如在制作多媒體課件時(shí)，如果對(duì)占用空間和播放速度的要求估計(jì)不足，就會(huì)出現(xiàn)播放停滯、以致死機(jī)的現(xiàn)象［1］。曾經(jīng)有一個(gè)課件100多幅圖片是用500萬(wàn)像素的高分辨率的，并且用高畫質(zhì)的位圖文件BMP格式儲(chǔ)存，占用空間過(guò)大，導(dǎo)致了速度太慢，甚至停頓和死機(jī)。如果用JPG格式儲(chǔ)存，即節(jié)約了空間，又能保證課件圖片的運(yùn)行順暢。所以，我們制作課件時(shí)，要按照課件制作規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行，它是向教師或制作者提供一個(gè)能使課件在較為適合的環(huán)境中順利播放的技術(shù)使用范圍［2］。

參考文獻(xiàn)

［1］丁一. 淺析醫(yī)學(xué)多媒體教學(xué)課件使用中存在的問(wèn)題［J］.中國(guó)醫(yī)學(xué)教育技術(shù),2008,(3):297-299

［2］陳水明. 《課件設(shè)計(jì)制作標(biāo)準(zhǔn)》［EB/OL］. http://www.cgzx.com/blog/jiaoshi/cgxx-csm/archives/2006/145.html,2006-11-12