关于图像和图形知识的一些基础知识

1. 有关色彩的基本常识

我们知道，只要是彩色都可用亮度、色调和饱和度来描述，人眼中看到的任一彩色光都是这三个特征的综合效果。那么亮度、色调和饱和度分别指的是什么呢？

亮度：是光作用于人眼所引起的明亮程度的感觉，它与被观察物体的发光强度有关；

色调：是当人眼看到一种或多种波长的光时所产生的彩色感觉，它反映颜色的种类，是决定颜色的基本特性，如红色、棕色就是指色调；

饱和度：指的是颜色的纯度，即掺入白光的程度，或者说是指颜色的深浅程度，对于同一色调的彩色光，饱和度越深颜色越鲜明或说越纯。通常我们把色调和饱和度通称为色度。 现在你该明白了，亮度是用来表示某彩色光的明亮程度，而色度则表示颜色的类别与深浅程度。除此之外，自然界常见的各种颜色光，都可由红 (r) 、绿 (g) 、蓝 (b) 三种颜色光按不同比例相配而成；同样绝大多数颜色光也可以分解成红、绿、蓝三种色光，这就形成了色度学中最基本的原理 ---- 三原色原理 (rgb) 。

2. 目前常见的图形（图像）格式

一般来说，目前的图形（图像）格式大致可以分为两大类：一类为位图；另一类称为描绘类、矢量类或面向对象的图形（图像）。前者是以点阵形式描述图形（图像）的，后者是以数学方法描述的一种由几何元素组成的图形（图像）。一般说来，后者对图像的表达细致、真实，缩放后图形（图像）的分辨率不变，在专业级的图形（图像）处理中运用较多。

在介绍图形（图像）格式前，我们实在有必要先了解一下图形（图像）的一些相关技术指标 : 分辨率、色彩数、图形灰度。

分辨率：分为屏幕分辨率和输出分辨率两种，前者用每英寸行数表示，数值越大图形（图像）质量越好；后者衡量输出设备的精度，以每英寸的像素点数表示；

色彩数和图形灰度：用位（ bit ）表示，一般写成 2 的 n 次方， n 代表位数。当图形（图像）达到24 位时，可表现 1677 万种颜色，即真彩。灰度的表示法类似；

下面我们就通过图形文件的特征后缀名（就是如图 .bmp 这样的）来逐一认识当前常见的图形文件格式： bmp 、 dib 、 pcp 、 dif 、 wmf 、 gif 、 jpg 、 tif 、 eps 、 psd 、 cdr 、 iff 、 tga 、 pcd 、 mpt 。

bmp （ bit map picture ） :pc 机上最常用的位图格式，有压缩和不压缩两种形式，该格式可表现从2 位到 24 位的色彩，分辨率也可从 480x320 至 1024x768 。该格式在 windows 环境下相当稳定，在文件大小没有限制的场合中运用极为广泛。

dib(device independent bitmap): 描述图像的能力基本与 bmp 相同，并且能运行于多种硬件平台，只是文件较大。

pcp （ pc paintbrush ） : 由 zsoft 公司创建的一种经过压缩且节约磁盘空间的 pc 位图格式，它最高可表现 24 位图形（图像）。过去有一定市场，但随着 jpeg 的兴起，其地位已逐渐日落终天了。

dif （ drawing interchange formar ） :autocad 中的图形文件，它以 ascii 方式存储图形，表现图形在尺寸大小方面十分精确，可以被 coreldraw ， 3ds 等大型软件调用编辑。

wmf （ windows metafile format ）:microsoft windows 图元文件，具有文件短小、图案造型化的特点。该类图形比较粗糙，并只能在 microsoft office 中调用编辑。

gif （ graphics interchange format ） : 在各种平台的各种图形处理软件上均可处理的经过压缩的图形格式。缺点是存储色彩最高只能达到 256 种。

jpg （ joint photographics expert group ） : 可以大幅度地压缩图形文件的一种图形格式。对于同一幅画面， jpg 格式存储的文件是其他类型图形文件的 1/10 到 1/20 ，而且色彩数最高可达到 24 位，所以它被广泛应用于 internet 上的 homepage 或 internet 上的图片库。

tif （ tagged image file format ） : 文件体积庞大，但存储信息量亦巨大，细微层次的信息较多，有利于原稿阶调与色彩的复制。该格式有压缩和非压缩两种形式，最高支持的色彩数可达 16m 。

eps （ encapsulated postscript ） : 用 postscript 语言描述的 ascii 图形文件，在 postscript 图形打印机上能打印出高品质的图形（图像），最高能表示 32 位图形（图像）。该格式分为 photoshop eps 格式 adobeillustrator eps 和标准 eps 格式，其中后者又可以分为图形格式和图像格式。

psd （ photoshop standard ） :photoshop 中的标准文件格式，专门为 photoshop 而优化的格式。

cdr （ coreldraw ） :coreldraw 的文件格式。另外， cdx 是所有 coreldraw 应用程序均能使用的图形（图像）文件，是发展成熟的 cdr 文件。

iff （ image file format ） : 用于大型超级图形处理平台，比如 amiga 机，好莱坞的特技大片多采用该图形格式处理。图形（图像）效果，包括色彩纹理等逼真再现原景。当然，该格式耗用的内存外存等的计算机资源也十分巨大。

tga （ tagged graphic ） : 是 true vision 公司为其显示卡开发的图形文件格式，创建时期较早，最高色彩数可达 32 位。 vda ， pix ， win ， bpx ， icb 等均属其旁系。

视频（动画）

1. 动态图像的组成 　　

动态图像，包括动画和视频信息，是连续渐变的静态图像或图形序列，沿时间轴顺次更换显示，从而构成运动视感的媒体。当序列中每帧图像是由人工或计算机产生的图像时，我们常称作动画；当序列中每帧图像是通过实时摄取自然景象或活动对象时，我们常成为影像视频，或简称为视频。动态图像演示常常与声音媒体配合进行，二者的共同基础是时间连续性。一般意义上谈到视频时，往往也包含声音媒体。但在这里，视频（动画）特制不包含声音媒体的动态图像。　

2. 动画的定义　　

什么是动画？所谓动画，就是通过以每秒 15 到 20 帧的速度 ( 相当接近于全运动视频帧速 ) 顺序地播放静止图像帧以产生运动的错觉。因为眼睛能足够长时间地保留图像以允许大脑以连续的序列把帧连接起来，所以能够产生运动的错觉。我们可以通过在显示时改变图像来生成简单的动画。最简单的方法是在两个不同帧之间的反复。这种方法对于指示 " 是 " 或 " 不是 " 的情况来说是很好的解决方法。另一种制作动画的方法是以循环的形式播放几个图像帧以生成旋转的效果，并且可以依靠计算时间来获得较好的回放，或用记时器来控制动画。　

3. 常见的视频文件格式

视频信息在计算机中存放的格式有很多，目前最流行的两种格式是：

苹果公司的 quicktime 和微软的 avi 。　　

quicktime ：是苹果公司采用的面向最终用户桌面系统的低成本、全运动视频的方式，现在在软件压缩和解压缩中也开始采用这种方式了。其向量量化是 quicktime 软件的压缩技术之一，它在最高为 30 帧 / 秒下提供的视频分辨率是 320x240 ，其压缩率能从 25 到 200 。　　

avi ：类似于 quicktime ，是微软公司采用的音频视频交错格式，也是一种桌面系统上的低成本、低分辨率的视频格式。 avi 可在 160x120 的视窗中以 15 帧 / 秒回放视频，并可带有 8 位的声音，也可以在 vga 或超级 vga 监视器上回放。 avi 很重要的一个特点是可伸缩性，使用 avi 算法时的性能依赖于与它一起使用的基础硬件。

mpeg-4 简介

mpeg-4 是目前业界先进的视频压缩技术，具有直览图像清晰，传输带宽要求低，远程监控方便等特点。

mpeg 协会创建于 1987 年。 mpeg 是 motion pictures expert group 的缩写。这个协会是一个全球性的机构，主要致力于影像压缩的研究。 mpeg-1 ，用于 vcd 内的压缩技术， mpeg-2 ，用于 dvd 内的压缩技术，以及 mp3 压缩方法，都是由这个协会创建的。 mpeg 的压缩方式的优点除了画面质量高，带宽要求低以外，也是在于它是现在数码影像届公认的商业标准。使用 mpeg 压缩方式的影像数据流可以通过各类的媒体播放器播放。

多媒体数据压缩和编码技术标准

目前，被国际社会广泛认可和应用的通用压缩编码标准大致有如下四种：

h.261 、 jpeg 、 mpeg 和 dvi 。

h.261 ：由 ccitt （国际电报电话咨询委员会）通过的用于音频视频服务的视频编码解码器（也称px64 标准），它使用两种类型的压缩 : 一帧中的有损压缩（基于 dct ）和用于帧间压缩的无损编码，并在此基础上使编码器采用带有运动估计的 dct 和 dpcm （差分脉冲编码调制）的混合方式。这种标准与jpeg 及 mpeg 标准间有明显的相似性，但关键区别是它是为动态使用设计的，并提供完全包含的组织和高水平的交互控制。 　　

jpeg ：全称是 joint photogragh coding experts group （联合照片专家组），是一种基于 dct 的静止图像压缩和解压缩算法，它由 iso( 国际标准化组织 ) 和 ccitt( 国际电报电话咨询委员会 ) 共同制定，并在 1992 年后被广泛采纳后成为国际标准。它是把冗长的图像信号和其它类型的静止图像去掉，甚至可以减小到原图像的百分之一（压缩比 100:1 ）。但是在这个级别上，图像的质量并不好；压缩比为20:1 时，能看到图像稍微有点变化；当压缩比大于 20:1 时，一般来说图像质量开始变坏。　　

mpeg ：是 moving pictures experts group （动态图像专家组）的英文缩写，实际上是指一组由 itu 和 iso 制定发布的视频、音频、数据的压缩标准。它采用的是一种减少图像冗余信息的压缩算法，它提供的压缩比可以高达 200:1 ，同时图像和音响的质量也非常高。现在通常有三个版本 :mpeg-1 、 mpeg-2 、 mpeg-4 以适用于不同带宽和数字影像质量的要求。它的三个最显著优点就是兼容性好、压缩比高（最高可达 200:1) 、数据失真小。　　

dvi ：其视频图像的压缩算法的性能与 mpeg-1 相当，即图像质量可达到 vhs 的水平，压缩后的图像数据率约为 1.5mb/s 。为了扩大 dvi 技术的应用， intel 公司最近又推出了 dvi 算法的软件解码算法，称为 indeo 技术。