计算机是如何显示一张图像的呢?
计算机中都是0和1的二进制数,是如何显示一张图像的呢?跟三基色的00~FF编码有关系吗?帮助讲解一下!越详细越好!谢谢!
参考答案:不同图片格式的压缩方式是不同的。
bmp文件
bmp(bitmap的缩写)文件格式是windows本身的位图文件格式,所谓本身是指windows内部存储位图即采用这种格式。一个.bmp格式的文件通常有.bmp的扩展名,但有一些是以.rle为扩展名的,rle的意思是行程长度编码(runlengthencoding)。这样的文件意味着其使用的数据压缩方法是.bmp格式文件支持的两种rle方法中的一种。
bmp文件可用每象素1、4、8、16或24位来编码颜色信息,这个位数称作图象的颜色深度,它决定了图象所含的最大颜色数。一幅1-bpp(位每象素,bitperpixel)的图象只能有两种颜色。而一幅24-bpp的图象可以有超过16兆种不同的颜色。
下一页的图说明了一个典型.bmp文件的结构。它是以256色也就是8-bpp为例的,文件被分成四个主要的部分:一个位图文件头,一个位图信息头,一个色表和位图数据本身。位图文件头包含关于这个文件的信息。如从哪里开始是位图数据的定位信息,位图信息头含有关于这幅图象的信息,例如以象素为单位的宽度和高度。色表中有图象颜色的rgb值。对显示卡来说,如果它不能一次显示超过256种颜色,读取和显示.bmp文件的程序能够把这些rgb值转换到显示卡的调色板来产生准确的颜色。
bmp文件的位图数据格式依赖于编码每个象素颜色所用的位数。对于一个256色的图象来说,每个象素占用文件中位图数据部分的一个字节。象素的值不是rgb颜色值,而是文件中色表的一个索引。所以在色表中如果第一个r/g/b值是255/0/0,那么象素值为0表示它是鲜红色,象素值按从左到右的顺序存储,通常从最后一行开始。所以在一个256色的文件中,位图数据中第一个字节就是图象左下角的象素的颜色索引,第二个就是它右边的那个象素的颜色索引。如果位图数据中每行的字节数是奇数,就要在每行都加一个附加的字节来调整位图数据边界为16位的整数倍。
并不是所有的bmp文件结构都象表中所列的那样,例如16和24-bpp,文件就没有色表,象素值直接表示rgb值,另外文件私有部分的内部存储格式也是可以变化的。例如,在16和256色.bmp文件中的位图数据采用rle算法来压缩,这种算法用颜色加象素个数来取代一串颜色相同的序列,而且,windows还支持os/2下的.bmp文件,尽管它使用了不同的位图信息头和色表格式。
pcx文件
.pcx是在pc上成为位图文件存储标准的第一种图象文件格式。它最早出现在zsoft公司的paintbrush软件包中,在80年代早期授权给微软与其产品捆绑发行,而后转变为microsoftpaintbrush,并成为windows的一部分。虽然使用这种格式的人在减少,但这种带有.pcx扩展名的文件在今天仍是十分常见的。
pcx文件分为三部分,依次为:pcx文件头,位图数据和一个可选的色表。文件头长达128个字节,分为几个域,包括图象的尺寸和每个象素颜色的编码位数。位图数据用一种简单的rle算法压缩,最后的可选色表有256个rgb值,pcx格式最初是为cga和ega来设计的,后来经过修改也支持vga和真彩色显示卡,现在pcx图象可以用1、4、8或24-bpp来对颜色数据进行编码。
tiff文件
pcx格式是所有位图文件格式中最简单的,而tiff(taggedimagefileformat)则是最难的一种。
tiff文件含有.tif的扩展名。它以8字节长的图象文件头开始(ifh),这个文件头中最重要的成员是一个指向名为图象文件目录(ifd)的数据结构的指针。ifd是一个名为标记(tag)的用于区分一个或多个可变长度数据块的表,标记中含有关于图象的信息。tiff文件格式定义70多种不同类型的标记,有的用来存放以象素为单位的图象宽度和高度,有的用来存放色表(如果需要的话),当然还必须有用来存放位图数据的标记,一个tiff格式文件完全为它的标记所决定,而且这种文件结构极易扩展,因为你要附加一些特征只须增加一些额外的标记。
究竟是什么使tiff文件如此复杂?一方面,要写一种能够识别所用不同标记的软件非常困难。大多数tiff的阅读程序只能识别一部分标记,所以会出现这种情况:有时一个应用程序创建的tiff文件,另一个应用程序却不能使用。创建tiff文件的程序还可能会在文件中加一些只有它自己认识的标记,虽然tiff的阅读程序可以跳过那些它们不认得的标记,但这样做总是有可能影响到图象的质量。
另一方面,一个tiff文件可以包含多个图象,每个图象都有自己的ifd和一系列标记。tiff文件中的位图数据可能会用好几种方法来压缩,所以一个完备的tiff阅读程序应该有rle解压缩程序,lzw解压缩程序和其他一些算法的解压缩程序。然而更糟的是使用lzw的解码必须得到unisys公司的同意,且通常是需要付版税的。所以即使是一些相当不错的tiff阅读程序在它们遇到lzw算法压缩的图象时也是无能为力的。
尽管tiff是那么的复杂,但仍是一种最好的跨平台格式。因为它非常灵活,无论在视觉上还是其他方面,都能把任何图象编码成二进制形式而不丢失任何属性。
gif文件
当许多图象方面的权威一想到lzw的时候,他们也会想到gif(graphicsinterchangeformat,读作jiff)这是一种常用的跨平台的位图文件格式,最初为compuserve公司所创。gif文件通常带有.gif的扩展名,而且在compuseve上大量存在。
gif文件的结构取决于它属于哪一个版本,目前的两种版本分别是gif87a和gif89a,前者较简单。无论是哪个版本,它都以一个长13字节的文件头开始,文件头中包含判定此文件是gif文件的标记、版本号和其他的一些信息。如果这个文件只有一幅图象,文件头后紧跟一个全局色表来定义图象中的颜色。如果含有多幅图象(gif和tiff格式一样,允许在一个文件里编码多个图象),那么全局色表就被各个图象自带的局部色表所替代。
在gif87a文件中,文件头和全局色表之后是图象,它可能会是头尾相接的一串图象中的第一个,每个图象由三部分组成,一个10字节长的图象描述,一个可选的局部色表和位图数据。为有效利用空间,位图数据用lzw算法来压缩。
gif89a结构与此类似,但它还包括可选的扩展块来存放每个图象的附加信息。gif89a详细定义了四种扩展块:图象控制扩展块,它用来描述图象怎样被显示(例如,显示是应该象一个透明物去覆盖上一个图象,还是简单的替换它);简单文本扩展块,它包含显示在图象中的文本;注释扩展块,它以ascii文本形式存放注释;应用扩展块,它存放生成该文件的应用程序的私有数据。这些扩展块可以出现在文件中全局色表的任何地方。
gif最显著的优点是它的广泛使用和它的紧密性。但它有两个弱点,一个是用gif格式存放的文件最多只能含有256种颜色。另一个可能更重要,就是那些使用了gif格式的软件开发者必须征得compuserve的同意,他们每卖出一个拷贝都要向compuserve付版税。这个政策是compuserve仿效unisys公司作出的,它抑制了那些程序员在他的图象应用程序中支持gif文件。
png文件
png(portablenetworkgraphic,发音做ping)文件格式是作为gif的替代品开发的,它能够避免使用gif文件所遇到的常见问题。它从gif那里继承了许多特征,而且支持真彩色图象。更重要的是,在压缩位图数据时它采用了一种颇受好评的lz77算法的一个变种,lz77则是lzw的前身,而且可以免费使用。由于篇幅所限,在这里就不花时间来具体讨论png格式了。
jpeg文件
jpeg(jointphotographicexpertsgroup,发音做jay-peg)文件格式最初由c-cubemicrosystems推出,是为了提供一种存储深度位象素的有效方法,例如对于照片扫描,颜色很多而且差别细微(有时也不细微)。jpeg和这里讨论的其他格式的最大区别是jpeg使用一种有损压缩算法,无损压缩算法能在解压后准确再现压缩前的图象,而有损压缩则牺牲了一部分的图象数据来达到较高的压缩率。但是这种损失很小以至于人们很难察觉。
jpeg图象压缩是一个复杂的过程,经常需要专门的硬件来帮助。首先图象以象素为单位分成8*8的块。然后,每个块分三个步骤被压缩。第一步使用dct(discretecosinetransform)离散余弦变换把8*8的象素矩阵变成8*8的频率(也就是颜色改变的速度)矩阵。第二步对频率矩阵中的值用量化矩阵进行量化,滤掉那些总体上对图象不重要的部分。第三步,也就是最后一步,对量化后的频率矩阵使用无损压缩。
因为被量化后的频率矩阵缺了许多高频信息,通常能被压缩到一半甚至更少。无损压缩一般根本不能压缩真正的照片图象,所以50%的压缩率已是相当不错了,但另一方面,无损压缩能把一些图象文件尺寸减少90%,这样的图象文件就不适合用jpeg来压缩。
jpeg的有损部分产生在第二步,量化矩阵的值越高,从图象中丢掉的信息就越多,从而压缩率就越高,可是同时图象的质量就越差。在jpeg压缩时可以选择一个量化因子,这个因子的值决定了量化矩阵中的数值。理想的量化因子要在压缩率和图象质量间达到平衡,所以对不同的图象要选择不同的量化因子,通常要经过若干次尝试后方可确定。