第 4 章、影像媒體

第4章、影像媒體

本章大綱 • 影像原理 • 影像儲存格式 • 影像播放

影像原理 • 從畫面的內容來看 • 具規則特性的幾何形狀 • 如具規則特性的幾何形狀，如圓形、方形等圖案所構成的畫面 • 不規則形狀的畫面 • 自然界的景像較多 • 從電腦儲存影像的角度來看 • 向量式 • 點陣式

向量式影像表示方法 • 記錄影像的座標及圖形種類與相關參數 • 以一個空心方塊為例： • 視為四條由一串的連續點所構成的直線組成的圖形 • 若 1 代表黑色，0 代表白色則電腦儲存的結果為： {00000000, 01111110, 01000010, 01000010, 01000010, 01000010, 01111110, 00000000}

點陣式 • 不管圖形的內涵，將整個影像分割成為如棋盤式的方格點，進而儲存每一個點的資訊 • 以一個空心方塊為例： • 以 {圖形種類, 起點座標, 長度, 寬度} 表示，結果為： {方形, (1, 1), 6, 6}

向量式 vs.點陣式

特殊的影像表示方法─碎形幾何 • 利用一組具有規律形態的幾何圖案，配合數學式子的描述，可用以表現任意內容的影像

數位影像常見專有名詞 • 像素 • 影像大小 • 解析度 • 深度

像素 • 構成一張影像的基本單位就是『點』，稱之為『像素』(pixel) • 一張影像可以視為一堆密密麻麻相鄰的點所構成 • 以圍棋棋盤為例：用黑、白棋子填滿棋盤的方格即構成一個含 19 ×19 個像素的圖案

影像大小 • 指一張影像的長度和寬度 • 單位可以用像素的個數來表示

解析度 • 單位面積所包含的像素個數 • 在影像大小不變的情形下，所含的點愈多，點就愈小，解析度愈高，影像看起來就愈精細。

深度 • 表示一個像素所需佔用的位元數 • 方格內可填入的顏色愈多，用來表示一個像素所需的位元數也就愈多

影像顏色的顯示原理 • 每一個像素必須將其所具有的色彩資訊表現出來 • 就單色影像而言，構成的基本顏色就是黑白兩色 • 彩色影像則根據光的合成原理，由紅色、綠色、藍色等三原色構成

色彩的表示 • 單色 (Mono) • 256 灰階 (256 Gray level) • 16 色 • 256 色 • 65536 種顏色 (又稱為 Hi-Color) • 全彩模式 (又稱 True Color)

單色 (Mono) • 一個像素只有黑或白兩種情形 • 只需要一個位元便可以表示一個像素的顏色資訊

256 灰階 (256 Gray level) • 由黑白兩色構成，但是依明暗度分成 256 個層次，因此稱為 256 灰階 • 一個像素要能表示 256 種不同的黑白明暗度需要 8 個位元 (28=256)

16 色 • 最簡單的彩色模式 • 表示 16 種顏色的狀況需要 4 個位元 (24=16) • 調色盤

256 色 • 是一般彩色影像最常採用的模式 • 要表示 256 種不同顏色，和 256 灰階一樣，一個像素需要 8 個位元

65536 種顏色(Hi-Color) • 這個模式中的每一個像素可以表現出 65536 種顏色 • 本模式下一個像素以 16 個位元來表示其色彩的資訊，其中紅色佔 5 個位元、藍色佔 5 個位元、綠色佔 6 個位元，所以紅色、藍色、綠色各有 32、32、64 種明暗度的變化總共可以組合出 65536 種顏色

全彩模式(True Color) • 紅色、藍色、綠色各佔 8 個位元，因此每種原色各有 256 種明暗度的變化，可以表現出的顏色共有 224=16777216 (16.7M，也就是一千六百多萬) 種顏色 • 類似電視所用的『紅、藍、綠 (RGB)』三槍投影映像管的原理，可以真實的表現出一個點的顏色出來

影像構成的基本要素 • 影像的長寬所佔的像素點數 • 影像所採用的色彩模式 • 如果是 16 色或是 256 色的色彩模式時則必須記錄所採用的調色盤

單色 256 灰階不同色彩模式之比較

16 色 全彩不同色彩模式之比較

18 點/吋 72 點/吋不同解析度所產生的效果

關於影像品質 • 取決於解析度和所使用的色彩模式 • 愈高的解析度與愈多種類的色彩模式所需要的記憶儲存容量也愈大 • 計算儲存影像所需的記憶空間大小：影像儲存所需空間＝影像高(點數)×影像寬(點數)×像素深度(位元組)

計算影像品質 • 以一個寬 400 像素、高 300 像素的影像為例： • 單色：400×300×1/8＝15,000 位元組 • 全彩：400×300×3＝360,000 位元組

影像儲存格式 • 影像壓縮原理 • 影像壓縮方法概說 • 影像格式

影像壓縮原理─依照壓縮方法分類 • 無損壓縮 • 略損壓縮

無損壓縮 • 資料本身壓縮後再還原保持原貌 • 有不得失真的限制 • 壓縮效果有限 • 對於文數字、程式等資料型態適用 • 例：某份薪資文件薪水欄記錄著 70000 元，那資料壓縮再還原就不應變為別的數值，即使是 70001 元也不行

略損壓縮 • 經壓縮後的資料，再還原後，內容會與原來的資料略有不同 • 限制較為寬鬆 • 壓縮的效果遠比無損壓縮好 • 對於影像、視訊與聲音等媒體適用

無損壓縮 v.s略損壓縮

影像壓縮方法概說 • 變動長度編碼法 (Run Length Encoding Encoding，簡稱 RLE) • 離散餘弦轉換 (DCT， Discrete Cosine Transform)

變動長度編碼法 • 原理：把資料中重複多次的內容，記錄其內容細節與出現的次數 • 不一定能達到壓縮的效果，遇到重複性很低的資料，壓過的大小可能不減反增 • 可以直接應用外、也可以與其他壓縮方法搭配 • 例如：ABCDEABCDEABCDEABCDE，我們可記錄 ABCDE 出現 4 次

離散餘弦轉換 • 將影像資料中較不重要的部分去掉，僅保留重要資訊，來達到高壓縮比的效果 • 失真比例可以利用參數來加以控制 • 用於 JPEG 格式之影像，當壓縮比在 5% ～15% 間時，依然能保証其適當的影像品質

影像格式 • BMP • GIF • PNG • PCD • TIF • UFO • JPG

BMP • 微軟公司所提出的點陣圖格式 • 原本專門用在 Windows 作業系統 • 支援 RGB 全彩、索引色、灰階及黑白等色彩類型

GIF • 網頁上最常用的圖形格式 • 將原始影像資料中重複區塊編碼，然後再利用此代碼(索引值)來取代原始影像資料，每個索引值對應到一個影像區塊 • 有壓縮的效果 • 可以存成透明圖、交錯圖、和動畫，且提供「非破壞性壓縮」 • 存檔後的體積小，圖片不失真 • 缺點：最多只能儲存 256 色的色彩數

PNG • 採非破壞性壓縮，減少檔案的體積時也保有影像原本的品質 • 用來取代 GIF 格式，結合了 JPG 與 GIF 的優點 • 主要應用於 Internet 上 • 可存成交錯圖、透明圖 • 支援的色彩類型有：RGB 全彩、索引色、灰階及黑白模式

PCD • 是柯達 (Kodak)公司制定的相片光碟 ( Photo CD) 格式 (相片光碟是直接將底片「沖洗」成數位影像存在光碟片裡面) • 品質非常高，最高可達 4096×6144 個像素 • 可以配上聲音及文字, 做成多媒體光碟播放 • 可以開啟成 1024×1536、512×768 等大小，並可用全彩、256 色或灰階來檢視，而不影響檔案本身的內容

TIF • 影像處理界普遍支援的圖檔格式 • 可以跨平台 • 提供非破壞性壓縮 • 適用於印刷輸出 • 大多數的影像處理軟體及排版軟體都會支援 TIF 圖檔

UFO • PhotoImpact 專用的檔案格式 • 其它影像處理軟體並不支援 UFO 格式 • 支援各種色彩類型，也提供非破壞性壓縮 • 適合用來儲存未完成的影像處理工作，或是當成已完成的作品備份

JPG • 以 DCT 技術將影像壓縮，壓縮時先省略影像中變化較細微的部分 • 儲存檔案時可選擇壓縮的層級： • 高壓縮的方式影像的品質會降低 • 高品質的壓縮方式，影像比較接近原來的品質，但檔案也相對較大 • 例：原本 1 MB 的圖片, 存成 JPG 檔後可能只剩幾十 K 而已

JPG的優缺點 • 優點： • 壓縮率驚人 • 適用於全彩影像的壓縮 • 是目前應用最為廣泛的壓縮格式 • 缺點： • 屬於略損壓縮的格式 • 可能造成圖片失真

90 品質、檔案大小 499KB 10 品質、檔案大小 69KB JPG不同壓縮比較

影像播放 • 利用 Windows 系統本身的預覽功能 • 使用 IE 瀏覽器 • 使用 ACDSee

利用 Windows 系統本身的預覽功能 • 在 Windows 的「我的電腦」中或是「檔案總管」瀏覽檔案資料 • 若是影像格式的檔案，在視窗的左側可以看到小縮圖 • 只要滑鼠點選指定的檔案就可以看到預覽的內容 • 缺點：預覽的圖案很小，只能作概略性的查看

利用 Windows 系統本身的預覽功能 • 使用「我的電腦」預覽影像檔：

使用 IE 瀏覽器 • 執行 IE 瀏覽器後，從主功能表的「檔案」「開啟舊檔」，可開啟要瀏覽的影像檔案 • 主動執行系統已安裝的影像繪圖軟體來開啟所指定的影像圖檔

使用 ACDSee • 顯示目前影像檔的同時會把下一張影像先讀取到記憶體中 • 特色為瀏覽影像非常快速 • 提供各種不同瀏覽方式 • 提供簡單的影像處理功能 • 支援 QuickTime 及 Adobe 格式檔案的瀏覽

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