【计算机视觉】图片文件格式的讲解

一、图片的压缩

图片文件格式有可能会对图片的文件大小进行不同程度的压缩，图片的压缩分为有损压缩和无损压缩两种。

• 有损压缩。指在压缩文件大小的过程中，损失了一部分图片的信息，也即降低了图片的质量，并且这种损失是不可逆的，我们不可能从有一个有损压缩过的图片中恢复出全来的图片。常见的有损压缩手段，是按照一定的算法将临近的像素点进行合并。
• 无损压缩。只在压缩文件大小的过程中，图片的质量没有任何损耗。我们任何时候都可以从无损压缩过的图片中恢复出原来的信息。

二、计算机表示颜色

计算机在表示颜色的时候，有两种形式，一种称作索引颜色(Index Color)，一种称作直接颜色(Direct Color)。

• 索引色。用一个数字来代表（索引）一种颜色，在存储图片的时候，存储一个数字的组合，同时存储数字到图片颜色的映射。这种方式只能存储有限种颜色，通常是256种颜色，对应到计算机系统中，使用一个字节的数字来索引一种颜色。
• 直接色。使用四个数字来代表一种颜色，这四个数字分别代表这个颜色中红色、绿色、蓝色以及透明度。现在流行的显示设备可以在这四个维度分别支持256种变化，所以直接色可以表示2的32次方种颜色。当然并非所有的直接色都支持这么多种，为压缩空间使用，有可能只有表达红、绿、蓝的三个数字，每个数字也可能不支持256种变化之多。
• 点阵图，也叫做位图，像素图。构成点阵图的最小单位是象素，位图就是由象素阵列的排列来实现其显示效果的，每个象素有自己的颜色信息，在对位图图像进行编辑操作的时候，可操作的对象是每个象素，我们可以改变图像的色相、饱和度、明度，从而改变图像的显示效果。点阵图缩放会失真，用最近非常流行的沙画来比喻最恰当不过，当你从远处看的时候，画面细腻多彩，但是当你靠的非常近的时候，你就能看到组成画面的每粒沙子以及每个沙粒的颜色。
• 矢量图，也叫做向量图。矢量图并不纪录画面上每一点的信息，而是纪录了元素形状及颜色的算法，当你打开一付矢量图的时候，软件对图形象对应的函数进行运算，将运算结果（图形的形状和颜色）显示给你看。无论显示画面是大还是小，画面上的对象对应的算法是不变的，所以，即使对画面进行倍数相当大的缩放，其显示效果仍然相同（不失真）。

三、JPG和PNG

3.1 JPG

JPG是一种常用的有损压缩格式，24 bit真彩色，内容比GIF丰富，不支持动画、不支持透明色。JPEG的压缩方式通常是破坏性资料压缩（lossy compression），意即在压缩过程中图像的品质会遭受到可见的破坏。一张图片多次上传下载后，图片逐渐会失真。最适合用于储存照片和其他复杂的图像。JPG文件通常比其他文件格式更小，因为它使用了有损压缩方法，这意味着一些细节被压缩并且在压缩后的图像中丢失了。虽然这种格式不太适合用于储存图像中的文本或线条，但是它是最适合储存照片和其他复杂图像的格式。

优点：文件大小较小；适合储存照片和其他复杂图像。JPEG/JFIF是最普遍在万维网（World Wide Web）上被用来储存和传输照片的格式。JPEG在色调及颜色平滑变化的相片或是写实绘画（painting）上可以达到它最佳的效果。在这种情况下，它通常比完全无失真方法作得更好，仍然可以产生非常好看的影像（事实上它会比其他一般的方法像是GIF产生更高品质的影像，因为GIF对于线条绘画（drawing）和图示的图形是无失真，但针对全彩影像则需要极困难的量化）。

缺点：不支持透明度，可能会在压缩过程中丢失一些细节。它并不适合于线条绘图（drawing）和其他文字或图示（iconic）的图形，因为它的压缩方法用在这些图形的型态上，会得到不适当的结果。

使用情况：储存照片和其他复杂图像。

3.2 PNG

PNG是一种无损压缩格式，PNG格式有8位、24位、32位三种形式，其中8位PNG支持两种不同的透明形式（索引透明和alpha透明），24位PNG不支持透明，32位PNG在24位基础上增加了8位透明通道（32-24=8），因此可展现256级透明程度。最适合用于储存图像中的文本或线条。与JPG不同，PNG支持透明度，这意味着可以在图像的某些部分看到背景。这也使得PNG成为最适合用于储存图像中文本和线条的格式，因为这些元素通常需要在透明的背景下显示。虽然PNG文件通常比JPG文件大，但是PNG文件的文件大小通常比其他无损压缩格式小。

优点：支持透明度；可以储存图像中的文本或线条。支持256色调色板技术以产生小体积文件。最高支持48位真彩色图像以及16位灰度图像。支持Alpha通道的半透明特性。支持图像亮度的gamma校正信息。支持存储附加文本信息,以保留图像名称、作者、版权、创作时间、注释等信息。使用无损压缩。渐近显示和流式读写,适合在网络传输中快速显示预览效果后再展示全貌。使用CRC循环冗余编码防止文件出错。最新的PNG标准允许在一个文件内存储多幅图像。

缺点：文件大小较大，有一些软件不能使用适合的预测，而造成过分臃肿的PNG文件。

使用情况：储存图像中的文本或线条；需要透明度。