【音視頻基礎(chǔ)】(四):俗稱照片的彩色數(shù)字圖像二

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上次說到了圖像的三個基本屬性,只說了一個圖像分辨率犀农,下面開始介紹另外兩個基本屬性啡邑。

3.2 第二個屬性:像素深度和阿爾法(α)通道

像素深度其實就是,存儲每個像素所用的位數(shù)(科普:1GB=1024MB 1MB=1024KB 1KB=1024B B俗稱字節(jié) 1字節(jié)等于八位井赌,單位bit)谤逼。比如一個用RGB三個分量表示的彩色圖像,若每個分量用8位表示仇穗,那么一個像素共用24位表示流部,我們就說圖像的像素深度為24位

3.2.1 像素深度的意義

像素深度決定了“彩色圖像”的每個像素可能有的顏色數(shù),或者是“灰度圖像”的每個像素可能有的灰度級數(shù)纹坐。比如當(dāng)像素深度為24位時枝冀,那么每個像素可以是16777216(2的24次方)種顏色的一種。

對于追求完美的人估計會說耘子,如果我們提高像素深度果漾,那每個像素能顯示的顏色種類不就更多了,圖像也就更細(xì)膩更自然了谷誓。

理論上確實是這樣绒障,但是一旦我們提高了像素深度,圖像所對應(yīng)的存儲空間也急劇上升捍歪。請注意像素深度是表示一個像素所占的空間户辱,對于一幅分辨率為640x480,像素深度為24位的圖像糙臼,它所占的空間為 640 x 480 x 3 = 921600字節(jié)庐镐。

而且受到設(shè)備和人眼分辨率的限制,像素深度不一定要特別深变逃。普通人在正常情況下必逆,只能識別二百多種顏色,多達(dá)一千六百多萬種的顏色已然足足夠用。

3.2.2 阿爾法(α)通道

假設(shè)一幅圖像的每個像素名眉,用32位來表示粟矿,那么它的最高8位,就稱為8位α通道璧针,其余24位是顏色通道,紅渊啰、綠探橱、藍(lán)分量各占一個8位通道。

3.2.3 α通道的作用

它用于表示像素在對象中的透明度(alpha)绘证。比如用兩幅圖像A和B混合成一幅新圖像隧膏,那么新圖像C的像素為:C的像素 = (alpha)x(A的像素) + (alpha)x(B的像素) 。式中的alpha就是α的值嚷那。

再舉個例子胞枕,如果一個像素用(A,R魏宽,G腐泻,B)四個分量表示,A表示α的值队询,取值0到1派桩。則像素值為(1,1蚌斩,0铆惑,0)時表示紅色,并且紅色強(qiáng)度為1送膳,可以理解為完全不透明的紅色员魏。

如果像素值為(0.5,1叠聋,0撕阎,0),使用0.5乘R碌补、G闻书、B三個分量,得出(0.5脑慧,0.5魄眉,0,0)闷袒,表示紅色的強(qiáng)度為0.5坑律,可以理解為紅色半透明。

3.3 第三個屬性:真彩色、偽彩色和直接色
3.3.1 真彩色

這個應(yīng)該比較好理解晃择,它是指每個像素的顏色值冀值,用RGB表示的顏色。例如用RGB 5:5:5表示圖像顏色宫屠,R列疗、G、B各用5位浪蹂,其值大小抵栈,直接確定三個基色的強(qiáng)度。這樣得到的彩色坤次,是真實的原圖彩色古劲。

3.3.2 偽彩色

它指每個像素的顏色值,不是通過R缰猴、G产艾、B三個分量直接確定的,而是通過彩色查找表滑绒,查找要顯示圖像的R闷堡、G、B值疑故,以此來生成彩色缚窿。

這樣解釋可能不太好懂,因此我找了個例子焰扳。在有偽彩色應(yīng)用的顯示設(shè)備中倦零,幀緩存顯示圖像的時候,會使用某一顏色值的索引吨悍,到彩色查找表里扫茅,查找對應(yīng)的RGB分量值。流程圖如下

彩色查找表查找顯示

這樣通過查找得到的彩色是真的育瓜,但不是圖像本身真正的顏色葫隙,它并沒有反應(yīng)原圖真正的顏色。因此稱為偽彩色

3.3.3 直接色

把每個像素的RGB三個分量躏仇,作為單獨的索引值對它做變換恋脚,并用變換后的R、G焰手、B值產(chǎn)生顏色糟描。注意重點是變換,至于怎么變換书妻,可以先忽略船响。

4. 圖像的種類

圖像的種類常分為兩種,這里說的種類,并不是指png见间、jpeg聊闯,這是圖像的格式,而不是種類米诉。圖像的種類是指菱蔬,表示圖像所用的方法。

4.1 位圖

在之前的時候史侣,曾多次重復(fù)過柵格圖像這個概念(因為是寫系列文章拴泌,所以我不再重復(fù)啦)。

在描述一幅圖像的時候抵窒,作為普通人弛针,我們所認(rèn)知的圖像叠骑,多數(shù)是比如人物李皇、風(fēng)景等存在手機(jī)里的圖片,這樣的圖像是使用柵格圖像的方法來描述的宙枷。每幅圖像掉房,都由許多像素組成,就像我們小時候玩的拼圖慰丛。

位圖

如果作為普通用戶卓囚,我們就會想,圖像不都是這樣嘛诅病,不用一個像素一個像素表示哪亿,那要怎么表示呢。

舉個例子贤笆,我們平常聊天的時候會發(fā)表情蝇棉,而表情可以簡單分為符號表情和Emoji表情(圖像表情)。符號表情類似為???( ??? )??? 芥永,Emoji表情就不用說了吧篡殷。注意觀察符號表情,它只是由豎線埋涧、半圓或其他幾何形狀表示板辽。

而在圖像的表示法里面,圖像的另外一種表示方法棘催,也類似劲弦。

4.2 矢量圖

矢量圖是使用點、線醇坝、弧瓶您、曲線、多邊形或者其他幾何形狀和位置,來表示圖像的一種方法呀袱。實際上就是使用各種數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述一幅圖贸毕,然后轉(zhuǎn)化成計算機(jī)語音再顯示出來。

矢量圖

就像描述一個三角形的時候夜赵,我們只需要知道三個點明棍,就可以得到一幅圖像。

矢量圖和位圖對比
矢量圖(左)和位圖(右)

在矢量圖表示法中寇僧,因為圖中的幾何形狀簡稱對象摊腋,都是使用數(shù)學(xué)規(guī)則來描述的,所以在顯示的時候嘁傀,無論是放大還是縮小兴蒸,或者移動旋轉(zhuǎn)拷貝,都是比較容易做到的细办。而且在放大或縮小的時候橙凳,圖像依然能夠保持清晰。

為什么笑撞?就拿矩形來說岛啸,如果我放大了,矩形的四個點茴肥,只是在屏幕上的坐標(biāo)位置變了下坚踩,中間依然是靠線段連接,如左圖瓤狐,圖像并不會失真瞬铸。它并不會像位圖那樣,放大到最后础锐,會看到圖像的像素塊嗓节,如右圖。

而且矢量圖在計算機(jī)存儲的時候郁稍,存儲的是數(shù)學(xué)規(guī)則赦政,并且可以把類似的圖形做統(tǒng)一處理,所以在文件大小方面較好掌控耀怜。而位圖則是把每個像素都存起來恢着,圖像分辨率高、像素深度深的時候财破,占的空間會比較大掰派。

那為什么我們手機(jī)里的圖像,還是位圖呢左痢?

第一點靡羡,這是因為系洛,真實世界里的景象紛雜無序,很難用規(guī)則的幾何圖形去表達(dá)略步。

第二點描扯,是因為,真實世界里色彩紛雜趟薄,顏色變化陰暗透明起承轉(zhuǎn)合绽诚,如果幾何圖形再加上顏色變化,難上加難杭煎。

所以總結(jié)起來恩够,位圖較多用來描述風(fēng)景、人物羡铲,等不規(guī)則且色彩豐富的圖像蜂桶。而矢量圖因為它無限放大而不失真的特性,在一些文字設(shè)計也切、標(biāo)志設(shè)計方面應(yīng)用廣泛扑媚。

5. 灰度圖和彩色圖像
5.1 灰度圖

這兩種比較好理解,灰度圖就是只有明暗像素贾费,沒有彩色像素組成的圖像钦购。就像我們小時候看的黑白電視檐盟。

再細(xì)分下去褂萧,當(dāng)只有黑白兩種顏色時的圖像,稱為單色圖像葵萎。這樣一來导犹,它的每個像素的像素值,用一位(一個比特位/bit)來存儲羡忘,值為”0“或”1“谎痢,像素點非黑即白。

而一個標(biāo)準(zhǔn)的灰度圖卷雕,一個像素用一個字節(jié)(8位)表示节猿,這樣每個像素的值就可以為,0~255(二的八次方)之間的任意值漫雕,稱為256級灰度滨嘱。當(dāng)圖像的分辨率為640X480的時候,它的存儲空間為300KB(640*480/1024)浸间。

下圖是標(biāo)準(zhǔn)單色圖標(biāo)準(zhǔn)灰度圖的對比太雨。

標(biāo)準(zhǔn)單色圖和標(biāo)準(zhǔn)灰度圖的對比
5.2 彩色圖像

現(xiàn)在看到這個詞應(yīng)該很熟悉吧,說一下它的特性會更熟悉魁蒜。彩色圖像的每個像素囊扳,包含了圖像的顏色信息吩翻。

在劃分彩色圖像的時候,一般用顏色的數(shù)目來劃分锥咸。比如:

256色圖像:它是指像素的R狭瞎、G、B三個值搏予,用一個字節(jié)來表示脚作,這樣一個像素點可能的顏色值,就為256(二的八次方)色之一缔刹。

真彩色圖像:每個像素的R球涛、G、B值校镐,分別用一個字節(jié)來表示亿扁。這樣一個像素點可能的顏色值,就為1677萬(二的二十四次方)多色之一鸟廓。這里的真彩色圖像从祝,相對于圖像(一)中,又多了一層含義引谜。它表示了這種圖像牍陌,達(dá)到了人眼分辨率的極限,反應(yīng)了原圖的真實色彩员咽。故稱為真彩色毒涧。當(dāng)圖像的分辨率為640X480時,它的存儲空間為900KB(6404803/1024)贝室。

6. 伽馬矯正

這個詞應(yīng)該很多人都聽過契讲,即使不是專業(yè)人士,也可能早有耳聞滑频。

在很多教材中捡偏,說之所以有伽馬矯正這個東西,是因為攝像機(jī)或手機(jī)的攝像頭峡迷,在采集自然界圖像的時候银伟,光的攝入和攝像機(jī)電壓的轉(zhuǎn)換,并不是線性的绘搞。

而在顯示的時候彤避,CRT發(fā)射的光的強(qiáng)度,和它的輸入電壓也不是線性的看杭。

這樣就會導(dǎo)致忠藤,從采集的一幅圖像,到存儲成圖像文件楼雹,再到讀出圖像文件模孩,在顯示器上顯示的時候尖阔,我們看到的顯示出來的圖像,并不是最開始采集的圖像榨咐。

為了解決這個問題介却,就有了伽馬矯正這個東西。

它在采集和顯示圖像的時候块茁,分別進(jìn)行矯正齿坷,以達(dá)到還原原始場景的目的。

在伽馬矯正這個問題上数焊,討論很多永淌,知乎上有一個高票答案,討論關(guān)于廣義的伽馬矯正佩耳,有興趣的朋友可以看下遂蛀,真的很有趣,鏈接如下:

https://www.zhihu.com/question/27467127

7. 圖像的壓縮編碼

具體的壓縮編碼后面再講干厚,這里只粗略講一下李滴,為啥要進(jìn)行壓縮編碼。

恩蛮瞄,如果不進(jìn)行壓縮編碼所坯,圖像會很大,完全不利于網(wǎng)絡(luò)傳輸挂捅。而且普通人只能分辨二百多種顏色芹助,多了也看不出來,所以1677萬完全浪費籍凝。

所以后來就有了JPEG壓縮編碼周瞎,注意這里說的JPEG苗缩,是指一種圖像數(shù)據(jù)的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)饵蒂,并不是JPEG格式。

什么是格式酱讶,什么是標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)是指退盯,在壓縮圖像數(shù)據(jù)的時候,該采用什么算法泻肯、怎樣的流程去壓縮渊迁,注意目的是怎么壓縮。

而格式是指灶挟,存放使用JPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮的圖像文件格式琉朽。

8. 圖像的文件格式

自從圖像進(jìn)入計算機(jī)以來,已經(jīng)開發(fā)出了很多種圖像文件存儲格式稚铣,而且互不兼容箱叁。有些不兼容的格式墅垮,使用起來很不方便,需要使用特定的軟件耕漱,因此有些格式也在逐漸被淘汰算色。

目前流行的圖像格式為:GIF、JPEG螟够、PNG灾梦。

具體他們之間有什么區(qū)別,又是如何產(chǎn)生妓笙,有何淵源若河,等用到的時候再寫,用不到就自動忽略了~~~

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