数字图像系统基本知识点.docx

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数字图像系统基本知识点

数字图像系统基本知识点

第一章数字图像概述

1、图像

2、数字图像

3、数字化：

在计算机中存储和传播时都可分解为一系列比特——“0”或“1”的排列组合。

4、数字图像技术

5、数字图像种类

6、图形：

是由叫做矢量的数学对象所定义的点、直线和面组成的，用矢量根据图形的集合特性来对其进行描述。

矢量图形与分辨率无关。

7、图像：

是指照片图像，其图案不是以自符、符号、点、线和面为单位，而是以点或像素为描述单位。

8、图像的属性：

颜色、灰度、分辨率。

9、表示一个图像用宽度*高度*色度或灰度来表示。

如800*600*256

10、矢量图和位图特点对照

11、光学图像：

是运用在记录介质上所附着的不同密度、不同色别的染料，通过光线的反射或吸收而表面被人的视觉感受的信号形式。

12、静态数字图像：

是指按照一定的压缩/解压缩算法和色彩深度进行处理的、用一定的格式和定义的尺寸存贮的单幅图像。

如800*600*256的8位GIF图像。

13、动态数字图像：

除了定义静态图像的所有参数外，还定义了一个图片序列或每秒所呈现的帧频。

如MPEGⅠ在PAL中规定的25Frame/s。

14、数字图像的特征

15、色彩的三要素——色调、亮度和饱和度

1）色调：

一种或多种波长的光所产生的色彩感觉，称之为色调或色相。

2）亮度或明度：

是光作用于人眼时所引起的明亮程度的感觉，是指色彩明暗深浅的程度，也可称为色阶。

3）饱和度：

指色彩纯粹的程度。

对于同一色相的彩色光，饱和度越高，颜色越鲜明或说越纯，相反则越淡。

16、明度的特性：

同一物体因受光不同会产生明度上的变化；

强度相同的不同色光，亮度感不同。

17、三原色原理：

三原色：

R（红）、G（绿）、B（蓝），

三补色：

C（青）、M（品、）Y（黄）

18、通道：

是将一幅彩色图形、图像进行色彩分解后，将丰富的色彩图像信息按一定模式进行分配，分别通过不同“途径”进行记录和传输。

19、CMYK模式

20、Alpha通道：

除某种模式下的固有通道以外，在所有图像软件中建立的通道统称为Alpha通道。

21、数字图像的色彩模式：

1）黑白位图模式

只有灰度模式和多通道模式的图像才能转化位Bitmap图像。

它是当今文字模式唯一能够识别的模式。

2）灰度模式

灰度模式的图像中，图像的色彩饱和度是0，亮度是唯一能够影响灰度图像的选项。

当值为0时，黑色，100％时，白色。

3）多通道色彩模式（多个灰阶通道，每个通道256级灰阶）

4）索引色模式

每个象素256种颜色，是一个8bit图像。

5）RGB色彩模式

任何色光都是由不同比例的三基色混合相加而形成的。

6）HSB模式

从人视觉系统出发，用色调、色饱和度和亮度来描述色彩。

通常把色大喝饱和度通称为色度，用来表示颜色的类别和深浅程度。

6）YUV（Y/Cr/Cb）色彩模式

彩色电视系统中使用。

7）Lab图像模式

L通道表示照度信息；a通道所包括的颜色是从深绿（低亮度值）到灰（中亮度值）再到亮粉红色（高亮度值）；b通道则是从亮蓝色到灰再到焦黄色（高亮度值）。

8）CMYK色彩模式

油墨或颜料的三基色是青、品红、黄和黑，简称为CMYK。

用于彩色打印机。

22、数字图像的常用术语：

1）像素

2）图像分辨率

3）图像色彩深度：

图像中每个像素点中能够包含多少种颜色称为色彩深度，以Bit为单位，但在实际应用中常用位数表示，如对256色的彩色图像就称为8位图像。

4）图像的数据量

图像的数据量＝图像的总像素*图像深度/8（Byte）

5）灰度等级

也称灰阶，是说在黑白图像中最黑与最白之间共包含多少个灰度级别。

23、数字图像显示方面常用术语：

1）显示器分辨率：

确定屏幕上显示图像的区域的大小。

如800*600。

分为最大显示分辨率和当前显示分辨率。

2）显示颜色深度：

指显示器能够在支持的分辨率和刷新频率下，可呈现图像颜色的多少，以Bit位单位。

如对256色的图像就称为8位图像。

3）刷新频率：

每个像素为该频率所刷新的时间。

24、数字图像输入/输出方面常用术语：

1）DPI：

设备分辨率，如打印机的设备分辨率在600～1200dpi之间，数值越高，效果越好。

2）PPI：

输入设备分辨率的高低，反映了图像中储存信息量的多少，它决定了图像的根本质量。

如1024*768ppi的图像质量远高于640*648ppi的图像。

25、色彩类型：

1）真彩色

2）伪彩色

3）调配色

第二章数字图像压缩

1、图像数据存在的主要（已经被压缩技术利用的）冗余数据类型有：

1）空间冗余

2）时间冗余

3）结构冗余

4）知识冗余

5）图形区域的相同性（相似性）冗余

6）纹理的统计学冗余

7）视觉冗余

2、数据图像压缩的基本原则：

1）一种压缩/还原的转换是表现在影像上的

2）其转换的系数是可以量化的

3）其量化的系数是可以用函数编码的。

3、压缩比：

指图像在压缩前后的数据量之比，用它来衡量数字图像压缩的效率。

即图像数据压缩＝压缩后的图像数据量/压缩前的图像数据量。

（1）数字图像被压缩后的绝对数据量越小，图像质量越差。

（2）压缩的结果还与压缩前的图像效果及压缩方法有关，采用越经济的压缩算法，可以在获得最大压缩比率的条件下，既可以使图像数据量尽可能的小，还可以获取满意的图像质量。

4、数字图像压缩方法的分类：

1）脉冲代码调制PCM

2）预测编码

3）变换编码

4）统计编码

5）算术编码方法

6）行程编码

7）混合编码

8）增量调制编码

5、静止图像压缩标准JPEG：

由JPEG组织1991年3月提出的多灰度静止图像的数字压缩编码标准，适合于基于DPCM（查分脉冲编码调制）、DCT（离散余弦变换）和Huffman编码的压缩标准。

6、JPEG2000图像压缩标准

JPEG2000最大的改进使它采用小波变换代替了离散余弦变换。

JPEG2000还考虑了人的视觉特性。

7、JPEG2000的特点：

1）能够实现无损压缩

2）容错性好、稳定性高

3）开放的框架结构

4）渐进传输

5）码流的随机访问和处理

6）基于内容的描述

8、MPEG压缩标准

1）MPEG标准的三个范畴：

MPEG视频；MPEG音频；视频与音频的同步。

MPEG视频使MPEG标准的核心。

MPEG采用预测和插补两种帧间编码技术。

2）MPEG视频压缩算法包括两种基本技术：

（1）运动补偿预测

（2）运动补偿插值

3）MPEG标准内容

（1）MPEG－1标准

MPEG－1技术最成功的应用是VCD产品作为价格低廉的影像播放设备，得到广泛的应用和普及。

（2）MPEG－2标准

MPEG－2技术最成功的应用是DVD产业，作为低廉的影像播放设备得到广泛的应用和普及。

（3）MPEG－4标准

MPEG-4试图达到两个目标：

一是低比特率下的多媒体通信；二是多工业的多媒体通信的综合。

据此目标MPEG-4引入了AV（Audio/VisaulObjects）对象，使得更多的交互操作成为可能。

所以它不像以前诸标准是将视频和音频分开压缩再进行同步处理的技术，而是将同步的音频和视频作为一个处理对象，即AV对象，也就是说，MPEG-1和MPEG-2是基于帧的规范，而MPEG-4是基于媒体对象的规范，它规定了媒体对象的描述、表达、组织等问题，这是技术上的最大区别。

目前MPEG-4最热门的应用是利用MPEG－4的高压缩率和高的图像还原质量来把DVD里面的MPEG－2视频文件转换为体积更小的视频文件，经过这样处理，图像的视频质量下降不大但体积却可缩小几倍，可以很方便地用CD－ROM来保存DVD上面的节目。

另外，MPEG－4在家庭摄影录像、网络实时影像播放（流媒体）、VOD等方面得到极大的发展。

（4）MPEG－7标准

9、H.261压缩标准

10、H263标准

11、信源编码

信源编码包括视频压缩编码和语音压缩编码。

1）视频压缩编码有以下几种方式：

（1）插值脉冲编码

（2）预测编码

（3）变换编码

（4）量化，之字型读出和游程编码

（5）霍夫曼编码

（6）运动估值和运动补偿

（7）语音编码

2）信道编码

12、视频会议系统的组成：

网络、终端设备、多点控制单元。

13、数字图像的格式

第三章数字图像呈现和再现

与图像呈现密切相关的技术主要包括：

计算机显示卡、显示器和数字图像打印（印像技术）。

一、计算机显示卡（图形卡）

1、显示卡：

是系统必备的装置，它负责将CPU送来的影像资料处理成显示器可以了解的格式，再送到显示屏上形成影像。

2、影像系统显示效果的因素：

（1）跟总线有关。

（2）显卡的性能与显存和芯片的种类有关，显存上最好的是VRAM、WRAM。

（3）显示屏解析度和色彩解析度跟显存的数量有关。

（4）与集成于CPU上的多媒体指令有关。

3、影响显示芯片性能的重要因素还有：

一是RAMDAC的品质，还有最大像素频率，以及用Mhz为单位来表示的核心频率。

4、显示卡相关概念：

（1）AlphaBlending（α混合），一种让3D物件产生透明感的技术。

（2）Anti－aliasing（反锯齿处理），主要是应用调色技术将图形边缘的“锯齿”缓和，边缘更平滑。

它一直是高档加速卡的一个主要特征。

（3）API是许多程序的大集合。

（4）DepthCueing（景深效果处理）：

根据离观察者的距离，改变物件的颜色强度和亮度，也就是当物件远离观测者时，降低物件颜色与亮度的一项功能。

例如，当一个物体离我们的视线越来越远时，它看起来会越来越模糊。

（5）Dirct3D，由微软公司所制定的3D规格界面，与Windows操作系统兼容性好。

（6）DoubleBuffering（双重缓冲区处理），“前台缓存”和“后台缓存”。

（7）Glide（滑翔），一种专用的3DAPI,但不兼容。

（8）GPU（图形处理器）

（9）Heidi，一个由Autodesk公司提出的规格。

（10）OpenGL，是OpenGraphicsLib的缩写，是一套三维图形处理库，也是该领域的工业标准。

（11）RAMDAC（数～模转换器），作用是将显存中的数字信号转换为显示器能够显示的模拟信号。

其转换速率以MHz表示，决定了刷新频率的高低。

其工作速度越高，频带越宽，，高分辨率时的画面质量越好。

（12）S－Video，视频信号专用输入输出接口，输出视频信号设备，如：

电视机、视频卡、录像机等。

（13）Z－Buffer（Z缓存），Z－Buffer所用的位数越高，则代表该显示卡所提供的物件纵深感越精确。

（14）材质过滤处理，有三种处理方式：

“近邻取样”、“双线过滤”和“三线过滤”。

（15）多边形生成率，3D芯片每秒能画出多少骨架（三角形）。

（16）高洛德着色，着色后使多边形具有更强德实时感和立体动感，不过着色速度慢。

（17）接口类型，主流使PCI以及AGP（图形加速接口）为接口。

（18）平面着色，最简单最快速德着色方法，着色单一，没有变化。

（19）色深（色位深度），在某一分辨率下，每一个像素点可由多少种色彩来描述，单位是“bit”。

如8－bit，32－bit。

（20）视频输出输入。

（21）刷新频率，屏幕上图像每秒钟出现的次数。

单位是Hz。

（22）最大分辨率/显示分辨率，“横向点数*纵向点数”如“1024*768”。

（23）双线过滤，一种较好的材质影像插补的处理方式。

（24）三线过滤，更复杂的材质影像插补的处理方式。

（25）贴图处理：

为材质贴图、可塑贴图、凹凸贴图和视频材质贴图。

（26）图形芯片，主要任务是处理系统输入的视频信息并将其进行构建、渲染等工作。

（27）雾化效果，功能是制造一块制定的区域笼罩在一股烟雾弥漫之中的效果。

（28）显存，显示内存的简称，专门用于显卡上的内存，显存越快，显卡的速度也越快。

（29）像素填充率，每秒钟显示芯片（或者GPU）能在显示器上画出的点的数量。

最大值为3D时钟乘以渲染途径的数量。

（30）着色处理，分为平面着色和高洛德着色。

（31）子卡，指附加于计算机适配卡的一种附加卡，常见的附加于显示卡的有MPEG子卡，Capture子卡和TVTuner子卡。

5、GPU的全称是GraphicProcessingUnit，中文翻译为图形处理器。

是NVIDIA公司在发布GeForce256图形处理芯片时首先提出的概念。

GPU所采用的核心技术包括：

硬件T&L、立方环境材质贴图和顶点混合、纹理压缩和凹凸映射贴图、双重纹理四像素256位渲染引擎等。

其中，最有代表的则是硬件的光线和变形处理，简称为T&L。

二、显示器类别与标准

1、显示器分类：

按工作方式可分为阴极射线显示器（CRT），液晶显示器（LCD）。

等离子显示器（PDP）三大类。

2、CRT显示器分类：

（1）根据荫罩的不同类型CRT显示器可分为：

遮蔽罩式显像管和直条状荫蔽罩式显像管。

（2）根据屏幕表面曲度可分为：

球面显像管、平面直角显像管（FST）、柱面显像管、纯平显像管（IFT）。

3、LCD显示器的优点：

图像清晰准确、平面显示、体积小、重量轻、能耗低、工作电压低等。

4、LCD显示器按驱动方式的分类：

单纯矩阵驱动LCD（被动矩阵式LCD）、主动矩阵式LCD（也称TFT－LCD，薄膜晶体管LCD）和静态驱动LCD。

我们个人电脑采用的LCD主要是TFT－LCD，由于其显示反应速度更快。

5、显示器认证标准：

（1）MPRⅡ认证标准

（2）TCO认证标准，目前有TCO92、TCO95、TCO99标准。

（3）VESA（视频电子标准协会）认证标准

（4）DPMS认证标准，显示器能源管理标准之一。

（5）EnergyStar（能源之星）认证标准，是美国环境保护局（EPA）制定的，主要是作为办公环境下节省电源的标准，EnergyStar规定显示器必须具备省电模式，在省电模式下，显示器的用电功率须低于30W。

（6）ISO认证标准，较为人所知的是ISO9000系列认证。

（7）EMC认证标准，关于电磁干扰（EMI）和电磁耐受性（ESA）的认证。

（8）CISPR22认证标准，是欧共体市场对电子设备的射频干扰而制定的规范。

（9）FCC认证标准。

（10）UL认证标准

（11）TUV认证标准

（12）CSA认证标准

（13）DDC认证标准

（14）CE认证标准

（15）aDORDIC北欧四国认证标准

（16）CB认证标准

（17）Genlock认证标准

（18）CCEE认证标准,中国制定。

6、术语解释

（1）尺寸：

显示屏对角线的长度。

（2）分辨率：

LED的分辨率指液晶屏幕上每行显示的像素点与列数的多少，一般用矩阵行列式表示。

（3）刷新率：

即显示帧率，每个像素为该频率所刷新的时间。

（4）可视角度：

指站在距离屏幕法线（垂直于显示屏表面的直线）的一定角度内仍可清晰看见屏幕图像的最大角度，越大约好。

（5）对比度：

衡量显示器色彩表现能力的一个重要指标。

该值越高，色彩越鲜艳、饱和、立体。

主流液晶显示器的对比度在200：

1～400：

1之间。

（6）亮度：

反映显示器屏幕发光程度的重要指标，亮度越高，显示器对周围环境的抗干扰能力越强。

（7）响应时间：

反映了液晶显示器像素点对输入信号反应的速度，即像素点由暗转亮或由亮转暗的速度，愈短愈好。

响应时间＝信号上升时间（Rising）+下降延迟时间（Falling），以50ms为最低标准。

（8）VGA：

将计算机发出的数字信号转换为模拟信哈的输入端口。

DVI-D也是一种输入端口。

（9）自动调整：

通过按动自动校正键钮，激活液晶显示器内置的自动调整固件，在短的时间内通过对多项设置的调整，使画面趋于完美。

（10）OSM：

屏幕图像控制系统，用以控制调节用户屏幕图像上的表现细节，可通过“在屏控制”功能实现。

（11）PIP：

即画中画功能。

三、CRT显示器

1、影响显示器分辨率的关键因素：

点距、场频、行频、视频带宽、刷新率、逐行扫描。

2、决定画面质量的因素：

聚焦、涂层、超黑显像管、莫尔纹矫正、色温、防磁。

四、LCD显示器

1、LCD的优点：

体积小、总量轻；画面不闪烁；可视范围大；无辐射；省电节能；不容易失真；完全平面；不易反光；眼睛不易疲劳等。

另外，LCD显示器没有刷新频率的概念，因此完全没有闪烁，眼睛不易疲劳。

2、LCD缺点：

（1）生产成本偏高同时导致了售价偏高；

（2）观看角度受到限制；（3）LCD显示的颜色数有限；LCD响应时间较长，有重影存在，这就是拖尾现象。

四、OLED液晶投影显示器

1、OLED，有机发光半导体，是一种新材料，与LCD最大的不同就是这种材料是自身发光的技术。

2、与LCD相比，OLED的优势：

（1）视角宽大。

（2）OLED比较小巧、轻薄。

（3）OLED具有高亮度、高对比度、色彩丰富的特点，可以真正实现真彩色的显示。

（4）相应速度快。

（5）工作温度范围广。

（6）OLED驱动电压低，仅需2V～10V。

第四章数字图像存贮和记录

1、光盘：

高密盘，即CD，是通过光学方式来记录和读取二进制信息的。

2、光盘标准：

（1）CD－DA红皮书标准，CD－DA，称为数字式激光唱盘或CD唱盘。

采用数字的方式记录声音信息。

（2）CD-ROM黄皮书标准（CD-ROM编码标准），要求高精确性。

（3）CD-ROMXA标准，CD-ROM扩展规格，有插入或混合声音与动态影像同步的功能。

3、VCD（VideoCD）：

一般称为小影碟，是一种采用CD-ROM来记录数字视频数据的特殊光盘。

VCD上的数据文件为MPEG-1的格式，可存放74分钟影片。

DVD（DigitalVideoDise）：

该盘的光道的间距和最小凹凸坑长度都比VDC小，这样可提高DVD的数据容量。

4、CD-ROM的技术优势：

（1）可靠性高，

（2）容量大

（3）标准化、成本低

5、光盘的应用：

作为电子出版物载体，用于数据保存，用于发行计算机软件。

6、光盘驱动器：

是一种与计算机相连，来读取光盘上的数据设备，它将读取到的数据送到主机进行处理、显示或播放。

7、光盘驱动器的基本技术指标：

（1）查找时间：

即寻址时间，是驱动器找到所读取数据在光盘上起始位置的所需时间。

一般用读取速度——转速来表示，如16X，56X等。

（2）数据缓冲区的大小：

存贮要先读的数据。

越大，速度越快。

（3）持续数据传输速率：

每秒钟内可以传输的数据量。

（4）接口：

一般为IDE接口。

（5）兼容性。

8、CD-ROM种类

（1）按光盘数据压缩标准分：

CD唱盘、VCD小影碟、DVD影碟、CD-ROM。

（2）按光盘读写擦以及重复性等属性分为三种类型：

只读式、多次写入、可擦写。

9、其他存贮设备：

（1）ZIP软驱存贮设备，

特点是容量大、单位容量成本低；很少出错、可靠性好；速度快。

现在多用于原印刷和广告设计行业。

（2）MO存贮设备

磁光盘的简称，是传统磁盘技术与光技术结合的产物，主要应用于广告制作和图像编辑行业中。

（3）小型移动存贮设备FlashMemory

FlashMemory术语非挥发性内存（即断电数据也能保存），它具有EEPROM电擦除的特点，还有低功耗、密度高、体积小、可靠性高、可擦除、可重写、可重复编辑等优点。

FlashMemory大体上分为AND、NAND、NOR、NiNOR等几种，多少供应厂商为美国和日本的半导体厂商。

Flash存贮卡种类：

1）CompactFlash，较早出现。

2）SmartMedia，1995.11月东芝公司发布，由三星公司于1996年购买了生产和销售许可。

3）MemoryStick，Sony开发。

4）MMC，全称MultiMediaCard，现在已有84个成员，发展目标主要是针对数码影像、音乐、手机、PDA、电子书、玩具等产品。

5）SecureMMC，有很强的版权保护功能。

6）SD卡，集几种FlashMemory存贮卡的优点于一身，但较为昂贵。

7）其他Flash存贮卡。