圖像的數字化處理及其文件格式特點

肖　毅　步金梅　楊　璐

摘要：在人們的工作和生活中，大量生動逼真的數字化圖像帶來了很多便利和樂趣，因而深受人們的喜愛。但有不少人對種類繁多的計算機圖像文件知之甚少，本文將重點介紹了圖像的數字化處理及一些常見常用的計算機圖像文件格式特點。

關鍵詞：圖像；數字化處理；文件格式；特點

當今隨著INTERNET及多媒體技術的高速發展，Web上或多媒體光盤中存在的大量生動逼真的數字化圖像，給人們的工作和生活帶來了很多便利和樂趣,因而倍受人們的喜愛。但有不少人對種類繁多的計算機圖像文件知之甚少，不僅對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。所以，本文將重點介紹了圖像的數字化處理及一些常見常用的計算機圖像文件格式特點,以便在各種不同的應用中能夠很好的把握。

1 圖像的數字化處理

1.1 圖像數字化是計算機圖像處理之前的基本步驟，目的是把真實的圖像，轉變成計算機能夠接受的存儲格式。數字化過程分為采樣與量化處理兩個步驟，采樣的實質就是要用多少點來描述一張圖像，比如，一幅640×480的圖像，就表示這幅圖像是由307200個點所組成。可見，想要得到更加清晰的圖像質量，就需要使用更多的點來表示圖像，但相對需要付出更大的存儲空間的代價。采樣的結果就是通常所說的圖像分辨率。量化是指要使用多大范圍的數值，來表示圖像采樣之后的每一個點。這個數值范圍包括了圖像上所能使用的顏色總數。例如，以4個bits存儲一個點，就表示圖像只能有16種顏色。數值范圍越大，表示圖像可以擁有更多的顏色，自然可以產生更為細致的圖像效果。但是，也同樣必須占用更大的存儲空間。量化的結果是圖像能夠容納的顏色總數。兩者的基本問題都是視覺效果與存儲空間的取舍問題。

在采樣與量化處理后，才能產生一張數字化的圖像，再運用計算機圖像處理軟件的各種技巧，對圖像進行修飾或者轉換，方能進一步達到所希望的圖像效果。

1.2數字化后的圖像數據在計算機中一般有兩種存儲方式，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數值存放在以字節為單位的矩陣中。當圖像是單色時，一字節可存放8點圖像數據；16色圖像每兩點用一個字節存儲；256色圖像每一點用一字節存儲。這樣就能夠精確地描述各種不同顏色模式的圖像畫面。所以此種存儲模式比較適合于內容復雜的圖像和真實的照片。

1.2.2 向量處理不存儲圖像數據的每一點，而是存儲圖像內容的輪廓部分。例如，一個圓形圖案只要存儲圓心的坐標位置和半徑長度，以及圓形邊線和內部的顏色。該存儲方式缺點是經常耗費大量的時間做一些復雜的分析演算工作；但圖像的縮放不會影響到顯示精度，也即圖像不會失真，且圖像的存儲空間較之位圖方式要少得多。所以，向量處理比較適合存儲各種圖表和工程設計圖以及計算機輔助設計，而一般圖像文件較少采用向量處理方式。

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

2常見的圖像文件格式及其特點

在計算機中數字化圖形與圖像文件的存儲格式主要有以下幾種:

2.1BMP格式。BMP是英文Bitmap（位圖）的簡寫，它是Windows操作系統中的標準圖像文件格式。這種格式的特點是包含的圖像信息較豐富，幾乎不進行壓縮，但由此導致了它與生俱生來的缺點--占用磁盤空間過大。所以，目前BMP在單機上比較流行。

2.2JPEG格式。JPEG也是常見的一種圖像格式，它由聯合照片專家組（Joint Photographic Experts Group）開發并以命名為"ISO 10918-1"。JPEG文件的擴展名為.jpg或.jpeg，其壓縮技術十分先進，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數據，獲得極高的壓縮率的同時能展現十分豐富生動的圖像，就是可以用最少的磁盤空間得到較好的圖像質量。目前各類瀏覽器均支持JPEG這種圖像格式，因為JPEG格式的文件尺寸較小，下載速度快，使得Web頁有可能以較短的下載時間提供大量美觀的圖像，JPEG是網絡上最受歡迎的圖像格式。PEG是一種很靈活的格式，具有調節圖像質量的功能，可以用不同的壓縮比例對這種文件壓縮。一張5in的照片，以300dpi分辨率和JPG格式存儲，只占據100多KB到1000多KB的存儲空間（視壓縮率不同而不同）。它是多媒體CAI課件制作中最常用的，特別是制作網絡式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用。

目前Internet上大量采用的彩色動畫文件多為這種格式的文件，也稱為GIF89a格式文件。此外，網絡傳輸中GIF圖像格式還增加了漸顯方式，也就是說，在圖像傳輸過程中，用戶可以先看到圖像的大致輪廓，然后隨著傳輸過程的繼續而逐步看清圖像中的細節部分。但GIF不能存儲超過256色的圖像，不支持真彩色。盡管如此，這種格式仍在網絡上大行其道應用，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畫等優勢是分不開的。在網絡式多媒體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和微軟聯合開發。它的特點是圖像格式復雜、存貯信息多。正因為它存儲的圖像細微層次的信息非常多，圖像的質量也得以提高，故而非常有利于原稿的復制。

TIFF格式有壓縮和非壓縮二種形式，其中壓縮可采用LZW無損壓縮方案存儲。由于TIFF格式結構較為復雜，兼容性較差，因此有的軟件可能不能正確識別TIFF文件。目前在Mac和PC機上移植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其實是Photoshop進行平面設計的一張"草稿圖"，它里面包含有各種圖層、通道、遮罩等多種設計的樣稿，以便于下次打開文件時可以修改上一次的設計。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，功能也很強大。目前Photoshop越來越被廣泛地應用，這種格式已被普遍使用。PSD格式能夠保存圖像數據的每一個細節，包括層、附加的模板通道以及其他內容，所以，此格式的圖像文件特別大，需轉換成其他格式存盤，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，因此特別適合網絡傳輸，SWF如今已被大量應用于WEB網頁進行多媒體演示與交互性設計。SWF格式作品以其高清晰度的畫質和小巧的體積，受到了越來越多網頁設計者的青睞，也越來越成為網頁動畫和網頁圖片設計制作的主流，目前已成為網上動畫的事實標準。

2.7 PNG格式。PNG（Portable Network Graphics）是一種新興的網絡圖像格式。其特點有：PNG是目前保證最不失真的格式，它汲取了GIF和JPG二者的優點，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絡傳輸，但又能保留所有與圖像品質有關的信息，因為PNG是采用無損壓縮方式來減少文件的大小，這與犧牲圖像品質以換取高壓縮率的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覽圖像；PNG同樣支持透明圖像的制作，在制作網頁圖像的時候經常用到透明圖像，可以把圖像背景設為透明，用網頁本身的顏色信息來代替設為透明的色彩，這樣可讓圖像和網頁背景很和諧地融合在一起；PNG的缺點是不支持動畫應用效果。

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。它提供了目前網絡流行格式GIF和JPEG無法具備了優勢：可以任意放大圖形顯示，但絕不會以犧牲圖像質量為代價；字在SVG圖像中保留可編輯和可搜尋的狀態； SVG文件比JPEG和GIF格式的文件要小很多，因而下載也很快。SVG的開發將會為Web提供新的圖像標準。

2.9WMF格式。WMF（Windows Metafile Format）是Windows中常見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，整個圖形常由各個獨立的組成部分拼接而成，其圖形往往較粗糙。在平面設計領域應用和在流行的多媒體課件創作工具中，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機用戶較少見的一種格式，而蘋果Mac機的用戶則用得較多。它是用PostScript語言描述的一種ASCII碼文件格式， EPS格式是專門為存儲矢量圖而設計的，能描述32位圖形，分為Photoshop EPS格式和標準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Truevision公司為其顯示卡開發的一種圖像文件格式，已被國際上的圖形、圖像工業所接受。TGA的結構比較簡單，屬于一種圖形、圖像數據的通用格式，在多媒體領域有著很大影響，是計算機生成圖像向電視轉換的一種首選格式。

以上介紹了圖像的數字化處理及一些常見常用的計算機圖像文件格式特點,以便我們在各種不同場合中能夠很好的應用。我們在采取哪中格式儲存圖像時，要根據使用目的在圖像質量、占用空間、運行速度上找到平衡點。比如在制作多媒體課件時，如果對占用空間和播放速度的要求估計不足，就會出現播放停滯、以致死機的現象［1］。曾經有一個課件100多幅圖片是用500萬像素的高分辨率的，并且用高畫質的位圖文件BMP格式儲存，占用空間過大，導致了速度太慢，甚至停頓和死機。如果用JPG格式儲存，即節約了空間，又能保證課件圖片的運行順暢。所以，我們制作課件時，要按照課件制作規范標準來進行，它是向教師或制作者提供一個能使課件在較為適合的環境中順利播放的技術使用范圍［2］。

參考文獻

［1］丁一. 淺析醫學多媒體教學課件使用中存在的問題［J］.中國醫學教育技術,2008,(3):297-299

［2］陳水明. 《課件設計制作標準》［EB/OL］. http://www.cgzx.com/blog/jiaoshi/cgxx-csm/archives/2006/145.html,2006-11-12