【導(dǎo)讀】圖像處理源自于二戰(zhàn)中的攝影偵察。當(dāng)時(shí)，處理操作是通過(guò)光學(xué)方法來(lái)完成。的，判讀工作則是由專(zhuān)門(mén)精于此道并能確定炸彈襲擊結(jié)果的人員來(lái)做。世紀(jì)60年代后期衛(wèi)星圖像的出現(xiàn)，更多基于計(jì)算機(jī)的工作便開(kāi)展起來(lái)。這個(gè)行星進(jìn)行認(rèn)知的一個(gè)組成部分。1980年1月《科學(xué)美國(guó)人》發(fā)表了一幅被稱(chēng)之為“Plume2”的著名圖像，山爆發(fā)中的第二次。這幅圖像在星際探險(xiǎn)圖像中是一個(gè)里程碑，人們第一次在宇。宙中看到了正在爆發(fā)的火山。它也是圖像處理領(lǐng)域的一次偉大勝利。及宇宙探測(cè)器所獲取的圖像直到近年來(lái)才大量應(yīng)用圖像處理技術(shù)。分或某一特性更加明顯。隨著價(jià)格低廉的高性能計(jì)算機(jī)和諸如數(shù)碼相機(jī)及掃描儀這樣的圖像采集。話和視頻會(huì)議中進(jìn)行動(dòng)態(tài)視頻圖像的壓縮。統(tǒng)圖像處理的技術(shù)，以期產(chǎn)生很高壓縮比的交叉領(lǐng)域之一。的“數(shù)字表達(dá)”這一不可抗拒的發(fā)展趨勢(shì)的組成部分。對(duì)形體進(jìn)行定義，而將它變成圖像的過(guò)程稱(chēng)之為渲染。處理程序的效率非常重要。

　　

【正文】 ? 譯碼器將壓縮的圖像數(shù)據(jù)還原成原始圖像數(shù)據(jù)。 ? 圖像壓縮數(shù)據(jù)以一定的交換格式存儲(chǔ)，格式中包括編碼過(guò)程中采用的碼表等。 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)包括以下 4 種運(yùn)行模式。 ? 基本 系統(tǒng)（ Baseline System）：基于離散余弦變換 DCT（ Discrete Cosine Transform）進(jìn)行從左到右、從上到下的順序掃描編碼和重建圖像，實(shí)現(xiàn)信息有丟失的圖像壓縮，但重建圖像的質(zhì)量要達(dá)到難以觀察出圖像損傷的要求。它采用 8 8 像素自適應(yīng) DCT 算法量化以及哈夫曼（ Huffman）型的熵編碼器。 ? 擴(kuò)展系統(tǒng)（ Extended System）：選用基于離散余弦變換 DCT 的遞增工作方式，編碼過(guò)程采用具有自適應(yīng)能力的算術(shù)編碼。 ? 無(wú)失真的預(yù)測(cè)編碼：采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼及哈夫曼編碼（或算術(shù)編碼），可保證 重建圖像與原始圖像完全一樣（即均方誤差為零）。 ? 分層編碼：以多種分辨率對(duì)圖像進(jìn)行編碼，按不同的應(yīng)用要求可以獲得不同分辨率或質(zhì)量的圖像。 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)定義了兩種基本的壓縮算法，即基于空間線性預(yù)測(cè)技術(shù)差分脈沖碼調(diào)制 DPCM（ Differential Pulse Code Modulation）的無(wú)失真壓縮算法和基于離散余弦 DCT（ Discrete Cosine Transform）的有失真壓縮算法。 JPEG 壓縮標(biāo)準(zhǔn)的壓縮比是通過(guò)量化因子（ Q 因子）來(lái)控制的。 Q 因子用來(lái)確定原始圖像的采樣精度，并產(chǎn)生一個(gè) JPEG 量 化矩陣，即： ? ? ? ?ji,v50Qji,QM ? 式中 QM[i,j]為量化矩陣， Q 是量化因子， V[i,j]是圖像缺省清晰度表。 量化矩陣用來(lái)量化 DCT 變換產(chǎn)生的頻率系數(shù)，量化后的系數(shù)值減少， 0 值的數(shù)目大大增加。 Q 因子越大，量化后的 0 值越多，壓縮比越大，因此 Q 因子決定著 JPEG 的壓縮比。 JPEG 的無(wú)失真壓縮率為 4:1，有失真壓縮率為 10:1～ 100:1。在壓縮率小于40:1 時(shí)，人眼基本上分辨不出圖像的效果變化，可認(rèn)為是“主觀無(wú)失真壓縮”。 JPEG 標(biāo)準(zhǔn)較復(fù)雜，但有許多公司和組織提供大量的操作 JPEG 的開(kāi)放源碼可以利用。本設(shè)計(jì)就使用了 Independent JPEG Group 的 Thomas G. Lane 編寫(xiě)的JPEGLIB2。 GIF圖像 圖形交換格式（ Graphics Interchange Format，簡(jiǎn)稱(chēng) GIF）文件由 CompuServe公司開(kāi)發(fā)并持有該圖形文件格式的版權(quán)。 GIF 圖像是基于顏色表存儲(chǔ)的，即圖像中每一點(diǎn)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是該點(diǎn)的顏色對(duì)應(yīng)于顏色列表（即調(diào)色板）的索引值。 GIF圖像最多只支持 8 位存儲(chǔ)位，即最多支持 256 色圖像。 GIF 文件內(nèi)部分成許多存儲(chǔ)塊，用來(lái)存儲(chǔ)多幅圖像或者 是決定圖像表現(xiàn)行為的控制塊，可用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫(huà)和交互式應(yīng)用。 GIF 文件使用 LZW 壓縮算法壓縮圖像。 GIF 文件內(nèi)部是按塊劃分的，包括控制塊（ Control Block）和數(shù)據(jù)塊（ Data Subblocks）兩種。 ? 控制塊控制數(shù)據(jù)塊的行為，不同的控制塊包含一些不同的控制參數(shù)。 ? 數(shù)據(jù)塊只包含一些 8bit 的字符流，由它前面的控制塊來(lái)決定它的功能。每個(gè)數(shù)據(jù)塊大小從 0 到 255 個(gè)字節(jié)不等。數(shù)據(jù)塊的第一個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)這個(gè)數(shù)據(jù)塊大?。ㄗ止?jié)數(shù)），但數(shù)據(jù)塊的大小不包括這個(gè)字節(jié)。所以即使空的數(shù)據(jù)塊也有一個(gè)字節(jié)，即數(shù)據(jù)塊的大小為 0x00。 一個(gè) GIF 數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu)如圖 所示。 B Y T E 7 6 5 4 3 2 1 0 B I T 數(shù)據(jù)塊的大?。ú话ū咀止?jié)） 數(shù)據(jù)塊字節(jié) 1 數(shù)據(jù)塊字節(jié) 1 ┇ 數(shù)據(jù)塊字節(jié) n 0 1 2 ┇ n 圖 GIF 數(shù)據(jù)塊的結(jié)構(gòu) 一個(gè) GIF 文件的結(jié)構(gòu)可分為文件頭（ File Header）、 GIF 數(shù)據(jù)流（ GIF Data Stream）和文件終結(jié)符（ Tailer） 3 個(gè)部分。 ? 文件頭包含 GIF 文件署名（ Signature）和版本號(hào)（ Version）。 ? GIF 數(shù)據(jù)流由控制標(biāo)識(shí)符、圖像塊（ Image Block）和其他的一些擴(kuò)展塊組成。 ? 文件終結(jié)符只有一個(gè)值為 0x3B 的字符“ 。”表示文件結(jié)束。 圖 顯示 了一個(gè) GIF 文件的組成結(jié)構(gòu)。 各個(gè)部分的具體分析如下。 1. 文件頭（ Header） GIF 文件頭包括 GIF 署名（ Signature）和版本號(hào)（ Version）兩部分。 GIF 署名用來(lái)確認(rèn)一個(gè)文件是否是 GIF 格式的文件，這一部分由 3 個(gè)字符組成： GIF。文件版本號(hào)也由 3 個(gè)字節(jié)組成，可以為 87a 或 89a， GIF 文件版本號(hào) 87a 表示 GIF格式符合 1987 年 5 月發(fā)布的 GIF 標(biāo)準(zhǔn)； 89a 表示 GIF 格式符合 1989 年 7 月發(fā)布的 GIF 標(biāo)準(zhǔn)。 G IF 署名 版本號(hào) 邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符 全局顏色列表 ? 圖像標(biāo)識(shí)符 圖像局部顏色列表 基于顏色列表的圖像數(shù)據(jù) 圖 像 塊 ? G IF 結(jié)尾符 文件頭 G IF 數(shù)據(jù)流 文件頭 圖 GIF 文件結(jié)構(gòu) 2. GIF數(shù)據(jù)流（ GIF Data Stream） （ 1）邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符（ Logical Screen Descriptor） 這一部分由 7 個(gè)字節(jié)組成，定義了 GIF 圖像的大?。?Logical Screen Width and Height）、顏色深度（ Color Bits）、背景色（ Background Color Index）以及有無(wú)全局顏色列表（ Global Color Table）和顏色列表的索引數(shù)（ Index Count），如圖 所示。 BYT E 7 6 5 4 3 2 1 0 BIT 邏輯屏幕寬度 邏輯屏幕高度 CR s p ix e l 背景色 像素寬高比 1 2 3 4 5 6 7 m 圖 GIF 文件的邏輯屏幕標(biāo)識(shí)符 其中， m為全局顏色列表標(biāo)志（ Global Color Table Flag），當(dāng)值為 1 時(shí)表示有全局顏色列表， pixel 值有意義； CR 為顏色深度（ Color Resolution）， CR+1 確定圖像的顏色深度； s 為分類(lèi)標(biāo)志（ Sort Flag），如果值為 1 則表示全局顏色列表分類(lèi)排列； pixel 為全局顏色列表大小， pixel+1 確定顏色列表的索引數(shù)（ 2 的 pixel+1次方）。 （ 2）全局顏色列表（ Global Color Table） 全局顏色列表必須緊跟在邏輯屏幕標(biāo)識(shí) 符后面，每個(gè)顏色列表索引條目由 3個(gè)字節(jié)組成，按 R、 G、 B 的順序排列。 （ 3）圖像標(biāo)識(shí)符（ Image Descriptor） 由于一個(gè) GIF 文件內(nèi)可以包含多幅圖像，故一幅圖像結(jié)束之后緊接著是下一幅圖像的標(biāo)識(shí)符，圖像標(biāo)識(shí)符以 0x2C（“ ,”）字符開(kāi)始，定義緊接著它的圖像的性質(zhì)，包括圖像相對(duì)于邏輯屏幕邊界的偏移量、圖像大小以及有無(wú)局部顏色列表和顏色列表大小，由 10 個(gè)字節(jié)組成。 其中，第 1 個(gè)字節(jié)為二進(jìn)制 00101100，即圖像標(biāo)識(shí)符的開(kāi)始標(biāo)志 0x2C；第 3 個(gè)字節(jié)為 X 方向的偏移量； 5 字節(jié)為 Y 方向偏移量； 7 字節(jié)為圖像寬度； 9 字節(jié)為圖像高度；第 10 字節(jié)從高位到低位又分為 m、 i、 s、 r 和 pixel共 5 部分，其中， m為局部顏色列表標(biāo)志（ Local Color Table Flag），值為 1 時(shí)標(biāo)識(shí)緊接在圖像標(biāo)識(shí)符之后，有一個(gè)局部顏色列表，供緊跟在它之后的一幅圖像使用；值為 0 時(shí)使用全局顏色列表，忽略 pixel 值； i 為交織標(biāo)志（ Interlace Flag），值為 1 時(shí)圖像數(shù)據(jù)使用交織方式排列，否則使用順序排列； s 為分類(lèi)標(biāo)志（ Sort Flag），如果值為 1 則表示緊跟著的局部顏色列表分類(lèi)排列； r 為保留位，占 2 位，必須初 始化為 0； pixel 為局部顏色列表大?。?Size of Local Color Table），占 3 位，pixel+1 就是顏色列表的位數(shù)。 （ 4）局部顏色列表（ Local Color Table） 如果上面的局部顏色列表標(biāo)志值為 1，則需要在這里（緊跟在圖像標(biāo)識(shí)符之后）定義一個(gè)局部顏色列表以供緊接著它的圖像使用。使用前應(yīng)先保存原來(lái)的顏色列表，使用結(jié)束之后恢復(fù)保存的全局顏色列表。如果一個(gè) GIF 文件既沒(méi)有提供全局顏色列表，也沒(méi)有提供局部顏色列表，則可以自己創(chuàng)建一個(gè)顏色列表，或使用系統(tǒng)的顏色列表。局部顏色列表也按 RGBRGB 等的方式排列。 （ 5）基于顏色列表的圖像數(shù)據(jù)（ TableBased Image Data） 圖像數(shù)據(jù)由兩部分組成，即 LZW 最小編碼長(zhǎng)度（ LZW Minimum Code Size）和圖像數(shù)據(jù)（ Image Data）。 ? LZW 最小編碼長(zhǎng)度：表示 GIF 文件使用的 LZW 編碼的初始碼表大小的位數(shù)。 ? 圖像數(shù)據(jù)：由一個(gè)或幾個(gè)數(shù)據(jù)塊（ Data Subblocks）組成。 GIF 圖像數(shù)據(jù)在壓縮前有連續(xù)的和交織的（由圖像標(biāo)識(shí)符的交織標(biāo)志控制）兩種排列格式。連續(xù)方式按從左到右、從上到下的順序排列圖像的光柵數(shù)據(jù)。交織 圖像按下面方法處理光柵數(shù)據(jù)。 創(chuàng)建 4 個(gè)通道（ Pass）保存數(shù)據(jù)，每個(gè)通道提取不同行的數(shù)據(jù)，方法如下： ? 第 1 通道（ Pass1）提取從第 0 行開(kāi)始每隔 8 行的數(shù)據(jù)。 ? 第 2 通道（ Pass2）提取從第 4 行開(kāi)始每隔 8 行的數(shù)據(jù)。 ? 第 3 通道（ Pass3）提取從第 2 行開(kāi)始每隔 4 行的數(shù)據(jù)。 ? 第 4 通道（ Pass4）提取從第 1 行開(kāi)始每隔 2 行的數(shù)據(jù)。 GIF 文件的交織圖像數(shù)據(jù)的提取 過(guò)程如圖 所示。 行 通道 1 通道 2 通道 3 通道 4 0 1 1 4 2 3 3 4 4 2 5 4 6 3 7 4 8 1 9 4 10 3 11 4 12 2 13 4 14 3 15 4 16 1 17 4 18 3 19 4 20 2 圖 GIF 文件的交織圖像數(shù)據(jù)的提取 3. GIF文件結(jié)尾 GIF 文件的 結(jié)尾均為一個(gè)值為 0x3B 的字節(jié)，叫做文