浓缩就是精华——图形图像压缩存储技术 Hitzone工作组 杨俊 2000年 第3期 　　随着科学技术的不断发展，人们对家庭电脑的要求越来越高，除了让它充当文字编辑机、游戏机外，对它的多媒体功能也提出了相当的要求，人们开始使用它的图形处理功能，用来编辑相片和打印精细的图片。但要编辑一幅精细的图片需要不小的存储空间，这给家庭用户带来了诸多不便，例如较难携带多幅图片、编辑时内存不够、甚至在存盘时出现硬盘空间告急等问题。不过随着图形图像压缩技术的不断创新，这一问题将得到缓解。首先让我们来看看图形文件是如何存储的。 #1 图像存储原理 　　从结构上讲，图形文件分为两种，即位图和矢量图。在位图中，图像由许多的屏幕小点（我们通常说的像素）组成，这些小点对应显存中的“位”，而就是这些“位”决定了像素的图形属性，如像素的颜色、灰度、明暗对比度等。当一个像素所占的位数多时，它所能表现的颜色就更多、更丰富，从整体上看，图像的色彩就更艳丽，分辨率就更高。位图中所分的二位图、八位图等正是指像素所占的位数。当位图被放大或缩小时，由于像素的数量没有改变，图像的分辨率就会降低，图像的外观自然就大打折扣。相信朋友们在Word或WPS当中插入图像，安排图文结构时，或多或少都会遇到这种情况。就这方面来看，位图的缺点是显而易见的——分辨率的固定导致大分辨率的清晰图像占用大量空间；像素的分散性使动态图像的表达显得困难，例如看VCD时出现马赛克现象，就是像素丢失造成的。 　　因此，研究人员开发出一种新的图形格式——矢量图。顾名思义，矢量图就是用矢量代替位图中的“位”。简单说来，矢量图不再给图的全部像素作统一的标记，而是用矢量给图的几何部分作标记。例如，一幅矢量图是绿色背景上，有一个黑色的圆圈。它的表达方式是先用语句调用调色板描述背景，再用带矢量的数学公式来描述圆圈的大小、形状等，这就使得图形的放大、缩小和移动变得十分简单，仅仅把公式中的矢量变量改一改就可以了，可以说矢量图的优点是很多的：能无限放大、缩小而不失真；不需要将图像每一点的状态记录下来，因而比相同质量和大小的位图占用的空间少得多，它甚至可以方便地通过更改内部公式制作动画，比位图省事多了。像Flash和CorelDraw等就是这样。 #1 多样化的图像存储方式 　　我们现在所用的各式各样的图像存储方式，归根到底都离不开上面提到的两种最基本的原理。下面我就现在大家常见的几种图形存储方式作一个肤浅的介绍。 #1　　BMP（BitMap）——位图老祖宗 　　到现在为止，BMP还是Windows图形界面的基本构件之一，现在Windows的桌面依旧离不开它。BMP的颜色模式分为四种：2位（黑白）、4位（16色）、8位（256色）、24位（65535色）。由于这种格式无压缩，所以体积巨大。一张640×480的图，若色彩丰富的话，可高达1M～2M。即便如此，到现在它还得到不少人青睐的原因是，它不会丢失任何的图像细节，哪怕是一个细小的点，十分适合对图像要求严格的行业使用。 #1　　JPG、JPEG（Joined Photographic Experts Group）——静态图像专家组 　　这是位图的另一种。还记得当初第一次见到JPG格式时的情景——目瞪口呆，它竟能把一幅1.05M的BMP图压缩成119K，并且在显示器上看，和原来的没什么不同。这就是JPEG格式的过人之处，它提供2:1到40:1的压缩比例，在8×8面积像素单元内进行压缩，当单元颜色值较单一时，则输出一种颜色，也就是说，它在压缩时只储存单元内相差较大的颜色值，随着压缩比例的上升，这一储存值便相应减少，利用人的视觉的灵敏度，将一些常人不易察觉的颜色变化略去。因此，在使用相同压缩比的条件下，一些颜色较单一的图像失真度较少，相反的就大一些。所以朋友们在制作使用JPEG图时，不妨多试几次不同的压缩率，以找到压缩率与失真度之间的最佳结合点。一般说来，JPEG格式的位图可获得10:1的压缩率而我们却不觉得它有失真现象。凭借此两大法宝，JPG、 JPEG广泛应用于各种领域，尤其在因特网上，可以说它对缩减网页的大小功不可没。（JPEG格式的^03020101a^像） #1　　GIF——动态位图开国元老 　　GIF包括三种格式，均为8位位图，最大支持256种颜色。一种是静态的GIF图，数据经过一定的压缩。另外两种是GIF89a和GIF87a。支持动画格式和透明效果，压缩方式与静态GIF图类似，可说是GIF的延续，但是由于它对颜色的支持不是很丰富，所以不论是动态的还是静态的GIF图，它都会使用真彩色的图像失真。因此，动态GIF图一般仅在网页中存在，而静态GIF图在JPEG及下面将提到的PNG格式的双重夹击下，越来越少人使用了。 #1　　PNG——GIF补丁版 　　PNG是一种较新的位图格式，比较少人用，由于它与GIF格式相类似，支持透明格式，可惜并不支持动画效果，但最大可支持24位真彩色，多少弥补了静态GIF的不足。PNG格式的压缩算法有其独到之处，对8位及以下位图的压缩能力比JPEG的压缩算法要好。在肉眼观察失真度相当的情况下，JPEG格式仅有20～25:1，某些8位图片用PNG格式存储可达40～50:1的压缩比！可见以前的JPEG还没有到孤独求败的地步。但是，用PNG格式储存24位真彩图时，由于其要保留对透明格式的支持，状况惨不忍睹，文件比BMP格式的还大，难以想像它是怎么计算的。 #1　　TIF、TIFF（Taggered Image File Format）——标记图像文件格式 　　TIF、TIFF主要用于页面排版的一种位图格式，用LZW编码压缩（与ARJ齐名的压缩方式），压缩比为2:1，这种格式通常使用在OCR软件识别扫描文档的存储中。 #1　　PCD ——PhotoShop 的专利 　　PhotoShop专用的位图储存格式，可以说，它的保真度和BMP没什么两样，但是因为它要记录层，而且每一个层就是一幅等大小的图像，体积自然就比BMP大多了。不过正是因为这个层的存在，使得它可以存储许多BMP所不能存储的效果，因此很多美工、图像编辑人员用它来存储作品。 #1　　WMF——Windows位元文件 　　Windows自定义的一种矢量图格式，Office剪辑库中的图形就使用这种格式。 #1　　CDR——另一种选择 　　CorelDRAW系列软件定义的矢量图格式，可导入位图并进行压缩。与其相似的还有PhotoShop、FreeHand等软件各自定义的矢量图格式，由于各自的压缩算法不同，只有在未压缩的情况下才能相互调用。 　　另外，还有一些常见但不常用的图形格式，如PCX、PIC、TAG等，这里就不再多说了。 #1 从现在到未来 　　ISO组织已经制定出最新的JPEG压缩格式 ——JPEG2000。它的最终技术方案将会在2000年底制定。JPEG2000计划采用离散微波转换的最新演算技术，最高压缩比可达200:1，比现在所有的图像压缩方式更为强悍，在JPEG2000计划中还会加入“动态”的功能，也就是某些影像产品如MOV、AVI、MPEG可以直接编码压缩成JPEG的单张画面，或着制作出全屏幕每秒30张的影像文件。各家厂商现在已经可以开始以JPEG2000 Wavelet为基础开发软硬件了。相信大家和我都一样，很想尽快使用这一技术，可惜的是，不一定每个图形软件都会加入对它的支持，这是因为在JPEG2000计划中，只有一部分的使用权限是完全免费的，而根据JPEG2000开发的软硬件，就必须付权利金了。比方说如果友立开发的PhotoImpact，使用了JPEG2000的技术，友立就必须付权利金给ISO，而使用者用PhotoImpact做出的JPEG2000图档，就不需要付费，这样的话，它在一些免费的图形软件上的推广就不得不令人担忧了。不过相信这对JPEG2000的推出不会有太大的影响，很快我们就可以等到支持这一技术的软件问世了，届时我们就可以亲身感受一下这一技术的威力了。（JPEG2000格式的^03020101b^像） 　　在这个对影像要求越来越高的时代，对图形图像压缩技术的追求也是没有止境的。未来的技术，一定会为我们呈现出一个精美绝伦的图像世界。