图像传输从存储格式到网络带宽

1、图像传输:从存储格式到网络带宽山东师范大学传播学院刘良江【摘要】由于网络带宽的限制,图像在网络中传输所耗费的时间比较多。怎样才能在最少的时间内得到比较满意的图像呢,本文试图通过图像存储格式与网络带宽之间的关系找到一条可行之路。【关键词】图像压缩存储格式网络带宽根据需要,网络上的图像可以是静态图像、准动态图像和动态图像。准动态图像从几帧/秒到25帧/秒,动态图像可按M PEG24制式编码、压缩、传输、处理。本文仅对平面图像的机读数据做出解释,不涉及向量图形或动态图像,不考虑其物理存储介质。一、图像压缩数字化的图像存储就是要尽可能多地将原始资料的图像信息保留至数字化载体中。由于图像数字化后数据量非

2、常大,压缩技术一直就是图像存储的重要课题。图像压缩的原理是在保证一定的图像质量的前提下,以一种数学运算方法将图像的数据量降到最小。图像压缩分为无损压缩和有损压缩。顾名思义,无损压缩就是不破坏原有图像信息或所有图像信息均可通过一定的算法恢复的压缩方法;而有损压缩则是在可接受的图像质量条件下,对图像进行的一种不可全部复原的压缩方法。有损压缩比无损压缩有更高的压缩比,因而压缩后的图像数据量更小,因此多用于网络传输等对数据量要求较为严格的条件下。1、有损压缩有损压缩可以减少图像在内存和磁盘中占用的空间,在屏幕上观看图像时,不会发现它对图像的外观产生太大的不利影响。因为人的眼睛对光线比较敏感,光线对景物

3、的作用比颜色的作用更为重要,这就是有损压缩技术的基本依据。有损压缩的特点是保持颜色的逐渐变化,删除图像中颜色的突然变化。例如,对于蓝色天空背景上的一朵白云,有损压缩的方法就是删除图像中景物边缘的某些颜色部分。当在屏幕上观看这幅图像时,大脑会利用在景物上看到的颜色填补所丢失的颜色部分。利用有损压缩技术,某些数据被有意地删除了,而被取消的数据也不能再恢复。无可否认,利用有损压缩技术可以大大地压缩文件的数据,但是会影响图像质量。如果使用了有损压缩的图像仅在屏幕上显示,可能对图像质量影响不大,至少用人眼来识别会感到差别不大。可是,如果要把一幅经过有损压缩技术处理的图像用高分辨率打印机打印出来,那么图像

4、质量就会有明显的受损痕迹。2、无损压缩无损压缩的基本原理是相同的颜色信息只需保存一次。压缩图像的软件首先会确定图像中哪些区域是相同的,哪些是不同的。凡是重复的图像数据(如蓝天就可以被压缩,只有蓝天的起始点和终结点需要被记录下来。但是蓝色可能还会有不同的深浅,天空有时也可能被树木、山峰或其他的对象掩盖,这些就需要另外记录。从本质上看,无损压缩的方法可以删除一些重复数据,大大减少要在磁盘上保存的图像尺寸。但是,无损压缩的方法并不能减少图像的内存占用量。这是因为,当从磁盘上读取图像时,软件又会把丢失的像素用适当的颜色信息填充进来。如果要减少图像占用内存的容量,就必须使用有损压缩方法。无损压缩方法的优

5、点是能够比较好地保存图像的质量,但是相对来说这种方法的压缩率比较低。二、图像存储几乎所有的图像文件都采用各自简化的格式名作为文件扩展名。从扩展名就可知道这幅图像是按什么格式存储的。1、BMP图像文件格式BM P是一种与硬件设备无关的图像文件格式,使用非常广。它采用位映射存储格式,除了图像深度可选以外,不采用其他任何压缩。因此,BM P文件所占用的空间很大。BM P文件的图像深度可选用1bit、4bit、8bit及24bit。BMP文件存储数据时,图形的扫描方式是按从左到右、从下到上的顺序。由于BM P文件格式是Windows环境中交换与图像有关的数据的一种标准,因此在Windows环境中运行的

6、图形图像软件都支持BM P图像格式。典型的BM P图像文件由三部分组成:位图文件头数据结构,它包含BM P图像文件的类型、显示内容等信息;位图信息数据结构,它包含有BM P 图像的宽、高、压缩方法,以及定义颜色等信息。2、GIF图像文件格式GIF是英文Grap hics Interchange Format(图形交换格式的缩写。顾名思义,这种格式是用来交换图片的。事实也是如此,上世纪80年代,美国一家著名的在线信息服务机构Comp uServe针对当时网络传输带宽的限制,开发出了这种GIF图像格式。GIF格式的特点是压缩比高,磁盘空间占用少,所以这种图像格式迅速得到了广泛的应用。最初的GIF制

7、式简单地用来存储单幅静止图像(称为GIF87a。后来随着技术的发展,可以同时存储若干幅静止图像进而形成连续的动画,使之成为当时支持2D动画为数不多的格式之一(称为GIF89a。而在GIF89a图像中可指定透明区域,使图像具有非同一般的显示效果,这更使GIF风光十足。目前Internet上大量采用的彩色动画文件多为这种格式,也称为GIF89a格式文件。此外,考虑到网络传输中的实际情况,GIF图像格式还增加了渐显方式。也就是说,在图像传输过程中,用户可以先看到图像的大致轮廓,然后随着传输过程的继续而逐步看清图像中的细节部分,从而适应了用户的“从朦胧到清楚”的观赏心理。但GIF有个缺点,即不能存储超

8、过256色的图像。尽管如此,这种格式仍在网络上大行其道。这和GIF图像文件小、下载速度快、可用许多具有同样大小的图像文件组成动画等优势是分不开的。3、J PEG图像文件格式J PEG是Joint Photograp hic Expert s Group(联合图像专家组的缩写,文件后缀为“.jpg”或“. jpeg”,是最常用的图像文件格式之一,由一个软件开发联合会组织制定。它是一种有损压缩格式,能够将图像压缩在很小的存储空间,图像中重复或不重要的信息会被丢弃,因此容易造成图像数据的损伤。尤其是使用了过高的压缩比例,将使最终解压缩后恢复的图像质量明显降低,如果追求高品质图像,不宜采用过高压缩比例

9、。但是J PEG压缩技术十分先进,它用有损压缩方式去除冗余的图像数据,在获得极高的压缩率的同时能展现十分丰富生动的图像。换言之,就是可以用最少的磁盘空间得到较好的图像品质。而且J PEG是一种很灵活的格式,具有调节图像质量的功能,允许用不同的压缩比例对文件进行压缩。支持多种压缩级别。压缩比率通常在10比1到40比1之间,压缩比越大,图像品质就越低;相反,压缩比越小,图像品质就越好。比如可以把1.37M的BM P位图文件压缩至20.3K。当然也可以在图像质量和文件尺寸之间找到平衡点。J PEG格式压缩的主要是高频信息,对色彩信息保留较好,适合应用于互联网,可减少图像的传输时间,可以支持24bit

10、 真彩色,也普遍应用于需要连续色调的图像。J PEG格式是目前网络上最流行的图像格式。在Photoshop软件中以J PEG格式存储时,提供13级压缩级别,以0-12级表示。其中0级压缩比最高,图像质量最差。即使采用细节几乎无损的12级质量保存时,压缩比也可达到5比1。以BM P格式保存时得到的4.28M图像文件,在采用J PEG格式保存时,其文件仅为178K,压缩比达到24比1。经过多次比较,第8级压缩,是使存储空间与图像质量兼得的比较理想的比例。J PEG格式的应用非常广泛,特别是在网络和光盘读物上。目前各类浏览器均支持J PEG这种图像格式,因为J PEG格式的文件尺寸较小,下载速度快。

11、J PEG2000作为J PEG的升级版,其压缩率比J PEG高约30%,同时支持有损和无损压缩。J PEG 2000格式有一个极其重要的特征在于它能实现渐进传输,即先传输图像的轮廓,然后逐步传输数据,不断提高图像质量,让图像由朦胧到清晰逐步显示。此外,J PEG2000还支持所谓的“感兴趣区域”特性,可以任意指定影像上感兴趣区域的压缩质量,还可以选择指定的部分先解压缩。4、TIFF图像文件格式TIFF(Tag Image File Format图像文件是由Aldus和Micro soft公司为桌上出版系统研制开发的一种较为通用的图像文件格式。TIFF格式灵活易变,它又定义了四类不同的格式:T

12、IFF2B适用于二值图像,TIFF2G适用于黑白灰度图像,TIFF2P适用于带调色板的彩色图像,TIFF2R适用于R G B真彩图像。TIFF支持多种编码方法,其中包括R G B压缩、RL E压缩及J PEG压缩等。它是现存图像文件格式中最复杂的一种,它具有扩展性、方便性、可改性。TIFF图像文件由三个数据结构组成,分别为文件头、一个或多个称为IFD的包含标记指针的目录以及数据本身。5、PN G图像文件格式PN G(Portable Networf Grap hics原名为“可移植性网络图像”,它能够提供长度比GIF小30%的无损压缩图像文件。同时提供24位和48位真彩色图像支持以及其它诸多技

13、术性支持。PN G是目前保证最不失真的图像格式,它汲取了GIF和J PEG二者的优点,存储形式丰富,兼有GIF和J PEG的色彩模式;它的另一个特点是能把图像文件压缩到极限以利于网络传输,但又能保留所有与图像品质有关的信息。PN G是采用无损压缩方式来减少文件的大小,这一点与牺牲图像品质以换取高压缩率的J PEG图像格式有所不同;它的第三个特点是显示速度快,只需下载1/64的图像信息就可以显示出低分辨率的预览图像;第四,PN G同样支持透明图像的制作,透明图像在制作网页图像时很有用,我们可以把图像背景设为透明,用网页本身的颜色信息来代替设为透明的色彩,这样可以让图像和网页背景很和谐地融合在一起。PN G的缺点是不支持动画应用效果。Macro2 media公司的Fireworks软件的默认格式就是PN G。现在越来越多的软件开始支持这一格式,而且在网络上也越来越流行。三、图像传输与网络带宽网络带宽指单位时间内网络传输的数据总量。带宽越高,单位时间内传输的数据量越多,图像传输所费的时间越少。可以看出,图像压缩比和存储格式影响到图像文件的大