【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 量圖的 原始圖和 放大 圖 2．矢量圖的數(shù)字化過(guò)程 有一些圖形（如工程圖、白描圖、卡通漫畫(huà)等），它們主要由線條和色塊組成，這些圖形可以分解為單個(gè)的線條、文字、圓、矩形、多邊形等單個(gè)的圖形元素。再用一個(gè)代數(shù)式來(lái)表達(dá)每個(gè)被分解出來(lái)的元素。例如：一個(gè)圓我們可以表示成圓心在（ x1,y1），半徑為 r 的圖形；一個(gè)矩形可以通過(guò)指定左上角的坐標(biāo) （ x1,y1） 和右下角的坐標(biāo)（ x2,y2）的四邊形來(lái)表示；線條可以用一個(gè)端點(diǎn) 的坐標(biāo)（ x1,y1）和另一個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)（ x2,y2）的連線來(lái)表示。當(dāng)然我們還可以為每種元素再加上一些屬性，如邊框線的寬度、邊框線是實(shí)線還是虛線、中間填充什么顏色等等。然后把這些元素的代數(shù)式和它們的屬性作為文件存盤(pán)，就生成了所謂的矢量圖（也叫向量圖）。 3． 矢量圖的文件格式 矢量圖形格式也很多，如 Adobe Illustrator 的 *.AI、 *.EPS和 SVG、 AutoCAD 的 *.dwg和 dxf、 Corel DRAW 的 *.cdr、 windows 標(biāo)準(zhǔn)圖元文件 *.wmf 和增強(qiáng)型圖元文件 *.emf 等等。當(dāng)需要打開(kāi) 這種圖形文件時(shí)，程序根據(jù)每個(gè)元素的代數(shù)式計(jì)算出這個(gè)元素的圖形，并顯示出來(lái)。就好 像 我們寫(xiě)出一個(gè)函數(shù)式，通過(guò)計(jì)算也能得出函數(shù)圖形一樣。編輯這樣的圖形的軟件也叫矢量圖形編輯器。如： AutoCAD、 CorelDraw、 Illustrator、 Freehand 等。 圖像信息的數(shù)字化 1．圖像的定義與特點(diǎn) 圖像是指由輸入設(shè)備（如數(shù)碼相機(jī)、掃描儀等）捕捉的實(shí)際場(chǎng)景畫(huà)面或以數(shù)字化形式存儲(chǔ)的任意畫(huà)面。靜止的圖像是一個(gè)矩陣，由一些排列成行列的點(diǎn)陣組成，如圖 75 所示，這些點(diǎn)稱為像素（ pixel），這種圖像也稱為位圖。位圖文件的 大小與顏色深度和圖像分辨率有關(guān)。 我們將圖像按水平方向和垂直方向劃分形成若干“小格”，其中任一“小格” 就是一個(gè)像素，接著對(duì)該像素進(jìn)行數(shù)值化，所得到的這些數(shù)據(jù)就組成了位圖圖像文件。所以位圖圖像是由像素構(gòu)成的，適用于表現(xiàn)豐富的層次和色彩，但在縮放等操作時(shí)有明顯失真且存儲(chǔ)時(shí)形成的文件較大。如放大時(shí)會(huì)出現(xiàn)如圖 76 所示的“馬賽克”現(xiàn)象。通常圖像適用于表現(xiàn)真實(shí)的畫(huà)面及圖像細(xì)節(jié)。 2．圖像的數(shù)字化過(guò)程 位圖圖像經(jīng)過(guò)采樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程完成數(shù) 字化的。 下面以黑白圖為例介紹圖像數(shù)字化的基本工作思想。黑白圖包含的顏色僅僅有黑色和白圖 75 由像點(diǎn)組成的圖像 放大后 圖 76 圖像的放大 色兩種。 我們將圖中所指部分放大?？紤]將一個(gè)網(wǎng)格疊放到圖上，網(wǎng)格把圖分成許多單元（這就相當(dāng)于采樣）， 每個(gè)單元相當(dāng)于計(jì)算機(jī)屏幕上的一個(gè)點(diǎn)，如圖 77 所示。 圖 77 圖像的局部放大 如果單元對(duì)應(yīng)的顏色為黑色，則在計(jì)算機(jī)中用 0 來(lái)表示；如果單元對(duì)應(yīng)的顏色為白色，則在計(jì)算機(jī)中用 1 來(lái)表示（相當(dāng)于量化）。這樣網(wǎng)格中的每一行就變成了用一串 0和 1 表示的數(shù)據(jù)（相當(dāng)于編碼）。 圖 78 圖像的編碼 1）采樣 通過(guò)上 面的例子，我們可以理解采樣是對(duì)固定尺寸的圖像按水平方向和垂直方向等分“劃線”，把圖分成許多單元，每個(gè)單元相當(dāng)于計(jì)算機(jī)屏幕上的一個(gè)點(diǎn)。所形成的小單元越多越密，圖像恢復(fù)時(shí)就越清晰，圖像水平方向和垂直方向的像素個(gè)數(shù)我們稱為圖像分辨率。如在數(shù)碼相機(jī)中， 500 萬(wàn)像素相機(jī)的圖像就要比 100 萬(wàn)像素相機(jī)的圖像清晰得多，這是因?yàn)橄嗤笮D像的構(gòu)成像素?cái)?shù)不同，也就是說(shuō)采樣的樣點(diǎn)數(shù)不同，樣點(diǎn)越多，圖像越清晰，當(dāng)然圖像的文件也越大。 2）量化 量化是針對(duì)每個(gè)像素進(jìn)行數(shù)值化的過(guò)程，若每個(gè)像素點(diǎn)用一位二進(jìn)制表示，則只有“ 0”或“ 1”兩 種狀況，即只能表示成單色二值圖（如上述的黑白圖）。若每個(gè)像素點(diǎn)用八位二進(jìn)制表示時(shí)，則有 256 種不同的顏色，即可以表示成彩色圖或灰度圖（從黑到白有 256 種漸變灰度色）。量化時(shí)所采用二進(jìn)制的位數(shù)也稱為圖像位深度。 3）編碼 編碼則是對(duì)采樣、量化后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行某種格式存儲(chǔ)的過(guò)程，如位圖格式（ .BMP）對(duì)數(shù)據(jù)一般不進(jìn)行壓縮的存儲(chǔ)，而 JPEG（靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，文件擴(kuò)展名是 .JPG）則對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮的存儲(chǔ)。 3．圖像的分辨率 圖像的分辨率指的就是每英寸圖像含有多少個(gè)點(diǎn)或象素，分辨率的單位為 dpi。我們通常所看到的 分辨率都以乘法形式表現(xiàn)的，比如 1024 768，其中 “ 10240” 表示屏幕上水平方向顯示的點(diǎn)數(shù)， “ 768” 表示垂直方向的點(diǎn)數(shù)。分辨率的大小直接影響到圖像的質(zhì)量 ， 圖像分辨率越大，越能表現(xiàn)更豐富的細(xì)節(jié) ， 分辨率高的圖像就越清晰，文件也就越大 ，分辨率低的圖像就會(huì)顯得粗糙，但文件相對(duì)較小 。 4．圖像的色彩深度 圖像的色彩深度指的是圖像中描述每個(gè)像素所需要的二進(jìn)制位數(shù)， 又稱 為 位深 ，它以 bit 為單位 。 圖像的色彩深度 決定可以標(biāo)記為多少種色彩等級(jí)的可能性。一般常見(jiàn)的有8 位， 16 位， 24 位 和 32 位等色彩。 這里 所謂 的“ 位 ” ，就是 2 的 多少次 冪。 例如 8 位就是 2 的 8 次冪，即 256 ， 所以一 幅 8 位 色彩深度 的圖片，所能表現(xiàn)的色彩等級(jí)就是 256 級(jí) ，表示有 256 種可能的顏色 。 顏色深度 數(shù)值 顏色數(shù)量 顏色評(píng)價(jià) 1 21 2 單色圖像 4 24 16 16 色圖像 8 28 256 基本色圖像 16 216 65536 增強(qiáng)色圖像 24 224 16777216 真彩色圖像 32 232 4294967296 真彩色圖像 5．圖像的文件大小 當(dāng)我們知道圖像分辨率和圖像色彩深度時(shí)，可以計(jì)算出圖形未 經(jīng)壓縮時(shí)的文件大小，計(jì)算方法如下： 文件的字節(jié)數(shù) =圖像分辨率圖像位深度247。 8 如：某圖像是分辨率為 640?480 的 256 色彩圖，則文件大小是： （ 640 480 log2256） ?8=307200（ B） 6．圖像的文件格式 圖像文件有很多通用的標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)格式，常用的文件格式有 BMP 格式、 TIFF 格式、 GIF格式、 JPEG 格式、 PNG 格式等。 1） BMP 格式 BMP 是一種與硬件設(shè)備無(wú)關(guān)的圖像文件格式，使用非常廣 ，是 Windows 操作系統(tǒng)中最常見(jiàn)的圖像文件格式 。 BMP 采用位映射存貯格式，除了圖像深度可選以外，不采 用其它任何壓縮，因此， BMP 文件所占用的空間很大。 BMP 文件的圖像 色彩 深度可選 1 bit、 4 bit、 8 bit及 24 bit。 BMP 文件存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，圖像的掃描方式是按從左到右、從下到上的順序 ，形成的文件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但它的優(yōu)點(diǎn)是能被大多數(shù)軟件接受 。 2） TIFF 格式 TIFF（ Tag Image File Format，標(biāo)記圖像文件格式） 文件是由 Aldus 和 Microsoft 公司為掃描儀和桌上出版系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)的一種較為通用的圖像文件格式。 TIFF 格式靈活易變，它的優(yōu)點(diǎn)是獨(dú)立于操作系統(tǒng)和文件系統(tǒng)，可以在所有的 操作系統(tǒng)中使用，也可以在某些專用表 71 各種顏色深度的顏色數(shù)量 的印刷設(shè)備中使用。 TIFF 文件格式有壓縮和非壓縮兩類，支持所有的圖像類型，它的圖像質(zhì)量非常高，包含的信息豐富，這有利于圖像的還原，但所占的存儲(chǔ)空間較大。 TIF 文件有四類不同的格式： TIFF－ B 適用于二值圖像； TIFF－ G 適用于黑白灰度圖像； TIFF－ P 適用于帶調(diào)色板的彩色圖像； TIFF－ R 適用于 RGB 真彩圖像。 TIFF 文件主要用于美術(shù)設(shè)計(jì)與印刷出版行業(yè)。 3） GIF 格式 GIF（ Graphics Interchange Format ） 是一種壓縮圖像存儲(chǔ)格式， GIF 采用 LZW 壓縮算法來(lái)存儲(chǔ)圖 像 數(shù)據(jù)，并采用了可變長(zhǎng)度等壓縮算法 ，壓縮比較高，文件存儲(chǔ)所占空間較小 。GIF 的圖像深度從 1 bit 到 8 bit，也即 GIF 最多支持 256 種顏色的圖像。 GIF 格式的另一個(gè)特點(diǎn)是其在一個(gè) GIF 文件中可以存多幅彩色圖像，如果把存于一個(gè)文件中的多幅圖像數(shù)據(jù)逐幅讀出并顯示到屏幕上，就可構(gòu)成一種最簡(jiǎn)單的動(dòng)畫(huà)。 GIF 是目前 Inter 上使用最廣泛的一種圖像文件格式，網(wǎng)頁(yè)上的許多小動(dòng)畫(huà)都是 GIF 格式。 4） JPEG 格式 JPEG（ Joint Photographic Experts Group， 聯(lián)合圖 像專家組 ）于 1991 年提出了“ 連續(xù)色調(diào)靜態(tài)圖像的數(shù)字壓縮和編碼 ”， 簡(jiǎn)稱為 JPEG 算法 ，這是一個(gè)適用于彩色、單色和多灰度靜止數(shù)字圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。 JPG 對(duì)圖像的處理包含兩部分：第一部分是無(wú)損壓縮，第二部分是有損壓縮。它將不晚被人眼覺(jué)察的圖像顏色刪除，從而達(dá)到較大的壓縮比， 采用 JPEG壓縮編碼算法壓縮的圖像，其壓縮比約為 1:5 至 1:50，甚至更高 ，但經(jīng)過(guò)壓縮后的圖像的質(zhì)量變化不大。由于它具有 節(jié) 省存儲(chǔ)空間及保持較好圖像質(zhì)量的優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用非常廣泛，目前，市場(chǎng)上的數(shù)碼設(shè)備所存儲(chǔ)的靜態(tài)圖像幾乎都是采用 JPG 格式，同時(shí) JPG 圖像格式也是網(wǎng)上的主流圖像格式。 5） PNG 格式 PNG（ Portable Network Graphic Format，便攜式網(wǎng)絡(luò)圖 像 格式 ） 是 W3C 組織在 20 世紀(jì) 90 年代中期開(kāi)始開(kāi)發(fā)的一種無(wú)損位圖文件存儲(chǔ)格式，是一種輕便、無(wú)法律障礙、壓縮性能好且規(guī)范好的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，其目的是企圖替代 GIF 和 TIFF，同時(shí)增加一些它們文件格式所不具備的特性。 PNG 是一種新興的網(wǎng)絡(luò)圖像格式。它的第一個(gè)特點(diǎn)是目前保證最不失真的格式，它汲取了 GIF 和 JPEG 二者的優(yōu)點(diǎn)。第二個(gè)特點(diǎn)是能把圖像文件壓縮到極限，既利于網(wǎng)絡(luò)傳輸，又能 保留所有與圖像品質(zhì)有關(guān)的信息。第三個(gè)特點(diǎn)是顯示速度快，只需下載 1/64 的圖像信息就可以顯示出低分辨的預(yù)覽圖像。第四個(gè)特點(diǎn)是支持透明圖像的制作，這樣可讓圖像和網(wǎng)頁(yè)背景和諧地融合在一起。 PNG 的缺點(diǎn)是不支持動(dòng)畫(huà)應(yīng)用效果。 6） PSD 格式 這是 ADOBE 中自建的標(biāo)準(zhǔn)文件格式，該格式保存了圖 像 在創(chuàng)建和編輯過(guò)程中的許多信息，比如層、通道、路徑信息等，所以修改起來(lái)非常方便。由于 PHOTOSHOP 軟件越來(lái)越廣泛地應(yīng)用，所以這個(gè)格式也逐步流行起來(lái)。 7） AI格式 AI 格式是 Adobe 公司開(kāi)發(fā)的矢量 圖像 處理軟件 Illustrator 所使用的文件格式，也是當(dāng)今最流行的矢量 圖像 格式之一，廣泛應(yīng)用于印刷出版業(yè)等。 音頻信息的數(shù)字化 聲音與音樂(lè)在計(jì)算機(jī)中均為音頻 (Audio)，音頻（聲音）是多媒體計(jì)算機(jī)技術(shù)中一種不可缺少的媒體，也是多媒體節(jié)目中使用最多的一類信息。聲音媒體分為三類： ? 波形聲音 — 包含所有聲音形式 ? 語(yǔ)音 —— 說(shuō)話聲 ? 音樂(lè) —— 符號(hào)化的聲音（樂(lè)譜） 2．音頻的數(shù)字化過(guò)程 音頻媒體在數(shù)、模轉(zhuǎn)換模塊中完成數(shù)字化的過(guò)程，是經(jīng)過(guò)采樣、量化和編碼三個(gè)過(guò)程，如圖 79 所示。 圖 79 音頻的數(shù)字化過(guò)程 1）采樣 針對(duì)音頻信號(hào)如聲波，首先對(duì)該波形進(jìn)行采樣，也就是以適當(dāng)?shù)臅r(shí)間間隔來(lái)抽取波形的樣點(diǎn)值，抽樣越多，樣點(diǎn)與原波形越接近，聲波的恢復(fù)就越好，而所需的存儲(chǔ)空間也越大。 采樣頻率指每秒鐘取得聲音樣本的次數(shù)。采樣頻率越高 ,聲音的質(zhì)量也就越好。人耳的分辨率很有限 ,所以太高的頻率就分辨不出好壞來(lái)。一般說(shuō)來(lái)， 能達(dá)到 FM 廣播的聲音品質(zhì)，而 就是 CD 音質(zhì)了， 48KHz 則是 DVD Audio 或?qū)I(yè)領(lǐng)域才會(huì)采用。 采樣位數(shù)是指在采集聲音時(shí)使用多少二進(jìn)制位來(lái)存儲(chǔ)數(shù)字聲音信號(hào)。這個(gè)數(shù) 值越大，分辨率就越高，錄制和回放的聲音就越真實(shí)。采樣位數(shù)客觀地反映了數(shù)字聲音信號(hào)對(duì)輸入聲音信號(hào)描述的準(zhǔn)確程度。 2）量化 量化過(guò)程是將采樣所取得的樣值與量化標(biāo)尺進(jìn)行比較，按“四舍五入”的規(guī)律獲取整數(shù)標(biāo)尺值，以便編碼。量化標(biāo)尺通常是通過(guò)量化位計(jì)算出來(lái)的，如量化位是 4 位時(shí)，則量化標(biāo)尺就有 24（即 16 個(gè)等分刻度）。量化位數(shù)越多，聲波的幅度分辨率就越高，聲波還原時(shí)的音質(zhì)就越好。如圖 710 中 CD 的采樣率比數(shù)字電話的采樣率高近 5 倍，量化標(biāo)尺高 200 多倍，其音質(zhì)也比電話好得多。 圖 710 數(shù)字電話音頻信號(hào)的采樣率與 CD 音頻信號(hào)的采樣率比較圖 3）編碼 編碼則是將采樣、量化后的整數(shù)數(shù)據(jù)以一定的二進(jìn)制數(shù)碼序列來(lái)表示的過(guò)程，并以一定的文件擴(kuò)展名保存成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)文件，這樣就便于今后的編輯、加工或播放，如擴(kuò)展名為wav 的波形文件。 3．音頻的文件大小 音頻文件可以分為波形文件（如 WAV、 MP3 音樂(lè)）和音樂(lè)文件（如手機(jī)的 MIDI 音樂(lè)）兩大類，由于他們對(duì)自然聲音記錄方式不同，文件大小與音頻效果相差很大。波形文件通過(guò)錄入設(shè)備錄制原始聲音，直接記錄了真實(shí)聲音的二進(jìn)制采樣數(shù)據(jù)，通常文件較大。 音頻數(shù)字化后其存儲(chǔ)空間可以這樣計(jì)算： 音頻存 儲(chǔ)空間 =采樣頻率 ?量化位 ?聲道數(shù) ?時(shí)間 ?8 如某 CD 上 1 秒鐘的數(shù)據(jù)量： CD 采樣率為 44100Hz， 16 位量化位，立體聲 44100?16?2?8=176400(字節(jié) ) 即 1 秒種的 CD 立體聲音頻的數(shù)據(jù)量約為 172KB 音頻文件的格式及其特點(diǎn) 目前較流行的音