图像的数字化处理及其文件格式特点

    肖　毅　步金梅　杨　璐

    摘要：在人们的工作和生活中，大量生动逼真的数字化图像带来了很多便利和乐趣，因而深受人们的喜爱。但有不少人对种类繁多的计算机图像文件知之甚少，本文将重点介绍了图像的数字化处理及一些常见常用的计算机图像文件格式特点。

    关键词：图像；数字化处理；文件格式；特点

    当今随着INTERNET及多媒体技术的高速发展，Web上或多媒体光盘中存在的大量生动逼真的数字化图像，给人们的工作和生活带来了很多便利和乐趣,因而倍受人们的喜爱。但有不少人对种类繁多的计算机图像文件知之甚少，不仅对几十种文件格式搞得云里雾里，不知所措，而且造成图像的制作和使用的麻烦，甚至死机。所以，本文将重点介绍了图像的数字化处理及一些常见常用的计算机图像文件格式特点,以便在各种不同的应用中能够很好的把握。

    1 图像的数字化处理

    1.1 图像数字化是计算机图像处理之前的基本步骤，目的是把真实的图像，转变成计算机能够接受的存储格式。数字化过程分为采样与量化处理两个步骤，采样的实质就是要用多少点来描述一张图像，比如，一幅640×480的图像，就表示这幅图像是由307200个点所组成。可见，想要得到更加清晰的图像质量，就需要使用更多的点来表示图像，但相对需要付出更大的存储空间的代价。采样的结果就是通常所说的图像分辨率。量化是指要使用多大范围的数值，来表示图像采样之后的每一个点。这个数值范围包括了图像上所能使用的颜色总数。例如，以4个bits存储一个点，就表示图像只能有16种颜色。数值范围越大，表示图像可以拥有更多的颜色，自然可以产生更为细致的图像效果。但是，也同样必须占用更大的存储空间。量化的结果是图像能够容纳的颜色总数。两者的基本问题都是视觉效果与存储空间的取舍问题。

    在采样与量化处理后，才能产生一张数字化的图像，再运用计算机图像处理软件的各种技巧，对图像进行修饰或者转换，方能进一步达到所希望的图像效果。

    1.2数字化后的图像数据在计算机中一般有两种存储方式，一种是位映射（Bitmap），即位图模式；而另一种是向量处理(Vector)，也称矢量图模式。

    1.2.1 位映射是将图像的每一点数值存放在以字节为单位的矩阵中。当图像是单色时，一字节可存放8点图像数据；16色图像每两点用一个字节存储；256色图像每一点用一字节存储。这样就能够精确地描述各种不同颜色模式的图像画面。所以此种存储模式比较适合于内容复杂的图像和真实的照片。

    1.2.2 向量处理不存储图像数据的每一点，而是存储图像内容的轮廓部分。例如，一个圆形图案只要存储圆心的坐标位置和半径长度，以及圆形边线和内部的颜色。该存储方式缺点是经常耗费大量的时间做一些复杂的分析演算工作；但图像的缩放不会影响到显示精度，也即图像不会失真，且图像的存储空间较之位图方式要少得多。所以，向量处理比较适合存储各种图表和工程设计图以及计算机辅助设计，而一般图像文件较少采用向量处理方式。

    总体来看，位图是记录每一个象素的颜色值，再把这些象素点组合成一幅图像；而矢量图是保存节点的位置和曲线、颜色的算法，所以，位图占用的存储空间较矢量图要大的多，而矢量图的显示速度较位图慢。

    2常见的图像文件格式及其特点

    在计算机中数字化图形与图像文件的存储格式主要有以下几种:

    2.1BMP格式。BMP是英文Bitmap（位图）的简写，它是Windows操作系统中的标准图像文件格式。这种格式的特点是包含的图像信息较丰富，几乎不进行压缩，但由此导致了它与生俱生来的缺点--占用磁盘空间过大。所以，目前BMP在单机上比较流行。

    2.2JPEG格式。JPEG也是常见的一种图像格式，它由联合照片专家组（Joint Photographic Experts Group）开发并以命名为"ISO 10918-1"。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，获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像，就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像质量。目前各类浏览器均支持JPEG这种图像格式，因为JPEG格式的文件尺寸较小，下载速度快，使得Web页有可能以较短的下载时间提供大量美观的图像，JPEG是网络上最受欢迎的图像格式。PEG是一种很灵活的格式，具有调节图像质量的功能，可以用不同的压缩比例对这种文件压缩。一张5in的照片，以300dpi分辨率和JPG格式存储，只占据100多KB到1000多KB的存储空间（视压缩率不同而不同）。它是多媒体CAI课件制作中最常用的，特别是制作网络式CAI课件，使用更加广泛。

    2.3GIF格式。GIF是英文Graphics Interchange Format（图形交换格式）的缩写。顾名思义，這种格式是用来交换图片的。GIF格式是Internet上www中的重要文件格式之一。 GIF格式的特点是压缩比高，磁盘空间占用较少，所以这种图像格式迅速得到了广泛的应用。

    目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式的文件，也称为GIF89a格式文件。此外，网络传输中GIF图像格式还增加了渐显方式，也就是说，在图像传输过程中，用户可以先看到图像的大致轮廓，然后随着传输过程的继续而逐步看清图像中的细节部分。但GIF不能存储超过256色的图像，不支持真彩色。尽管如此，这种格式仍在网络上大行其道应用，这和GIF图像文件短小、下载速度快、可用许多具有同样大小的图像文件组成动画等优势是分不开的。在网络式多媒体CAI课件中受到普遍欢迎。

    2.4TIFF格式。TIFF（Tag Image File Format）是Mac中广泛使用的图像格式，它由Aldus和微软联合开发。它的特点是图像格式复杂、存贮信息多。正因为它存储的图像细微层次的信息非常多，图像的质量也得以提高，故而非常有利于原稿的复制。

    TIFF格式有压缩和非压缩二种形式，其中压缩可采用LZW无损压缩方案存储。由于TIFF格式结构较为复杂，兼容性较差，因此有的软件可能不能正确识别TIFF文件。目前在Mac和PC机上移植TIFF文件也十分便捷，因而TIFF是使用最广泛的图像文件格式之一，更多使用于扫描仪和文字识别中。

    2.5PSD格式。是著名的Adobe公司的图像处理软件Photoshop的专用格式Photoshop Document（PSD）。PSD其实是Photoshop进行平面设计的一张"草稿图"，它里面包含有各种图层、通道、遮罩等多种设计的样稿，以便于下次打开文件时可以修改上一次的设计。在Photoshop所支持的各种图像格式中，PSD的存取速度比其它格式快很多，功能也很强大。目前Photoshop越来越被广泛地应用，这种格式已被普遍使用。PSD格式能够保存图像数据的每一个细节，包括层、附加的模板通道以及其他内容，所以，此格式的图像文件特别大，需转换成其他格式存盘，如JPEG格式。

    2.6SWF格式。利用Flash我们可以制作出一种后缀名为SWF（Shockwave Format）的动画。在图像的传输方面，不必等到文件全部下载才能观看，而是可以边下载边看，因此特别适合网络传输，SWF如今已被大量应用于WEB网页进行多媒体演示与交互性设计。SWF格式作品以其高清晰度的画质和小巧的体积，受到了越来越多网页设计者的青睐，也越来越成为网页动画和网页图片设计制作的主流，目前已成为网上动画的事实标准。

    2.7 PNG格式。PNG（Portable Network Graphics）是一种新兴的网络图像格式。其特点有：PNG是目前保证最不失真的格式，它汲取了GIF和JPG二者的优点，存贮形式丰富，兼有GIF和JPG的色彩模式；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，因为PNG是采用无损压缩方式来减少文件的大小，这与牺牲图像品质以换取高压缩率的JPG有所不同；显示速度很快，只需下载1/64的图像信息就可以显示出低分辨率的预览图像；PNG同样支持透明图像的制作，在制作网页图像的时候经常用到透明图像，可以把图像背景设为透明，用网页本身的颜色信息来代替设为透明的色彩，这样可让图像和网页背景很和谐地融合在一起；PNG的缺点是不支持动画应用效果。

    2.8SVG格式。SVG的英文全称为Scalable Vector Graphics，意思为可缩放的矢量图形。它提供了目前网络流行格式GIF和JPEG无法具备了优势：可以任意放大图形显示，但绝不会以牺牲图像质量为代价；字在SVG图像中保留可编辑和可搜寻的状态； SVG文件比JPEG和GIF格式的文件要小很多，因而下载也很快。SVG的开发将会为Web提供新的图像标准。

    2.9WMF格式。WMF（Windows Metafile Format）是Windows中常见的一种图元文件格式，属于矢量文件格式。它具有文件短小、图案造型化的特点，整个图形常由各个独立的组成部分拼接而成，其图形往往较粗糙。在平面设计领域应用和在流行的多媒体课件创作工具中，如PowerPoint等都支持这种格式的静图文件格式。

    2.10EPS格式。EPS（Encapsulated PostScript）是PC機用户较少见的一种格式，而苹果Mac机的用户则用得较多。它是用PostScript语言描述的一种ASCII码文件格式， EPS格式是专门为存储矢量图而设计的，能描述32位图形，分为Photoshop EPS格式和标准EPS格式。主要用于排版、打印等输出工作。

    2.11TGA格式。TGA（Tagged Graphics）文件是由美国Truevision公司为其显示卡开发的一种图像文件格式，已被国际上的图形、图像工业所接受。TGA的结构比较简单，属于一种图形、图像数据的通用格式，在多媒体领域有着很大影响，是计算机生成图像向电视转换的一种首选格式。

    以上介绍了图像的数字化处理及一些常见常用的计算机图像文件格式特点,以便我们在各种不同场合中能够很好的应用。我们在采取哪中格式储存图像时，要根据使用目的在图像质量、占用空间、运行速度上找到平衡点。比如在制作多媒体课件时，如果对占用空间和播放速度的要求估计不足，就会出现播放停滞、以致死机的现象［1］。曾经有一个课件100多幅图片是用500万像素的高分辨率的，并且用高画质的位图文件BMP格式储存，占用空间过大，导致了速度太慢，甚至停顿和死机。如果用JPG格式储存，即节约了空间，又能保证课件图片的运行顺畅。所以，我们制作课件时，要按照课件制作规范标准来进行，它是向教师或制作者提供一个能使课件在较为适合的环境中顺利播放的技术使用范围［2］。

    参考文献

    ［1］丁一. 浅析医学多媒体教学课件使用中存在的问题［J］.中国医学教育技术,2008,(3):297-299

    ［2］陈水明. 《课件设计制作标准》［EB/OL］. http://www.cgzx.com/blog/jiaoshi/cgxx-csm/archives/2006/145.html,2006-11-12