图像的压缩与存储电子教案

图像的压缩与存储电子
教案
Document number：NOCG-YUNOO-BUYTT-UU986-1986UT
《图形图像的存储格式与压缩》电子教案
教学内容及课时安排（2课时）：根据学生基础
上课说明：这是我们送教下乡第一次的一节课，学校是克州阿克陶县巴仁乡巴仁中学，因为活动安排的时间紧，跟学校相关人员联系不上，所以按他们报的课程题目准备，对学生和学校条件，学生情况都不了解的情况下进行了，备课充分，但上课过程中因机房环境不熟悉、学生基础水平不了解的原因，所以本来一节课的内容，因为一节课40分钟，学生鼠标键盘操作不熟练等可分两个课时上。

教学目标：
一、知识与技能
1、了解图形图像文件存储和压缩的基本方法。

2、掌握图形、图像文件压缩工具的用法。

（接受不了就下节讲）
二、情感、态度和价值观：
让学生对图形进行观察，对比、讨论、交流激发学生的好奇心与求知欲，并在不断的发现问题解决问题的过程中获得成功的体验。

三、过程与方法：
通过观察学生们提供的图片大小清晰度的变化，培养学生观察、分析、归纳能力。

通过通俗的案例迁移到图像压缩的基本过程抽象的知识体系，发展学生合情推理能力。

教学重点：
图像文件存储格式的多样性；多媒体文件压缩的宏观原理；无损压缩与有损压缩
教学难点：
无损压缩和有损压缩的区别
学习目标：
1、比较图像文件常见的3种存储格式（BMP、JPG、ＧＩＦ），知道图形、图像文件存储格式的多样性；
２、理解数据压缩的意义；
３、了解多媒体文件压缩的宏观原理；如果学生水平高，可以讲一些４、了解无损压缩和有损压缩的区别。

体验：大家打开图像格式文件夹欣赏里面的图片。

在欣赏的过程中你发现了什么，为什么
图像名称大小格式
图像一 bmp
图像二 998K gif
图像三 483K Jpg
图像四 pcx
图像五 627K pdf
形、图像文件的格式。

一般来说，在利用某种图像工具软件获取或加工图像后进行存储时，该图像软件采用的不同编码形式就是相应图像文件的格式。

出于
不同需要，在生成图形、图像会选择不同的存储格式，这样就产生了多种不同格式的文件。

当然，每种图像文件的格式都与特定的编码方法相关。

目前，图形、图像格式种类剧增，在数以百计的应用程序中所使用的格式有几十种之多。

要想了解某个图像文件是以何种格式存储的，其最直接的方法就是看该文件的扩展名。

常见图像格式有：BMP、JPG、PDF、TIFF、TGA等。

如果同一张图片保存不同格式，那么他们的色彩大小有什么不同请完成实践活动一“转一转”
将“实践活动1”文件夹中的“小鸟.bmp”利用画图程序分别另存为JPG格式和GIF格式，对比其文件大小和清晰度的变化将其记录在表1中，并根据数据给出结论。

1、用画图程序打开“小鸟.bmp”，利用“文件”菜单中的“另存为“将其转换为JPG格式；
2、用画图程序打开“小鸟.bmp”，利用“文件”菜单中的“另存为“将其转换为GIF格式；
3、分别记录“小鸟.bmp”、“小鸟.JPG”、“小鸟.GIF”三个文件的大小和清晰度，对比给出一个结论。

表—1常见格式的图片文件比较
学习指导：总结出图像格式还有哪些各有什么特点
BMP：标准windows图像文件格式，图像信息丰富，几乎不进行压缩，存储体积比较大，一般制作网页时都不会选用。

JPG（JPEG）：支持有损压缩，在获取较高压缩比的同时能够展现生动的图像。

比较受网络的青睐。

GIF：压缩比高，存储容量小，同时支持2D动画。

受网络青睐，但色彩表现能力差。

并总结他们的优缺点。

求助：老师的U盘装了很多东西已经满了，怎么办。

当我们的手机存储了大量的视频、照片、歌曲，很快会存储容量已满。

这时我们应该怎么解决，还不用删除。

引导文件的压缩意义和方法。

让学生自己想办法解决，提高学生解决问题的能力，提出压缩软件：WinRar 工具如果学生接受能力强可以做实践二，如果操作不熟练或无法完成上一实践及总结就下一课时讲。

分别对”实践活动2“文件夹中的“导学案.doc”和“小鸟.bmp”进行压缩，填写表 2。

1、压缩“导学案.doc”；
2、压缩“小鸟.bmp”；
3、填写表—2，压缩比用约等于1：n（n>1）的形式表示。

表—2文件压缩前后比较
思考问题：
1、在实践活动1中，我们可以在压缩图像文件体积的同时，保持图像的
原有清晰度，原因是什么
2、无损压缩和有损压缩的主要区别是什么
3、音频和视频文件之所以能够高质量的进行压缩，主要是利用了什么
数字图像、音频、视频的数据量很大，对存储空间的要求较高。

怎样解决这个问题呢那就是对数据文件进行压缩。

利用压缩工具能非常容易地减小数据文件所占空间。

这其中的道理是什么呢
1、数据压缩的基本原理
数据压缩是对数据重新进行编码，以消除数据序的列中的冗余性，实现原数据序列变换成较短的输出数据序列的技术。

通常，将压缩数据序列与原数据序列长度之比称为压缩比。

这样，压缩比越小，数据压缩的效果越显着。

进行数据压缩的根本目的就是尽量减小数据压缩比，以减少数据存储所需空间。

2、数据压缩分为无损压缩与有损压缩。

对于图像、音频、视频等多媒体文件，通常采用有损压缩的方式进行压缩；对于文档、可执行文件等普通的数据文件，则采用无损压缩的方式进行压缩。

因为无损压缩是可逆的，有损压缩是不可逆的，即无损压缩的数据可以恢复成原样，而有损压缩的数据会有一定的数据损失。

因此，对
于普通的数据文件，如文本文件，不能采用有损压缩方法，有损压缩通常只适用于多媒体文件。

3、图像文件的压缩：
对图像压缩可以不损失过多的视觉信息，主要有三个原因：（1）由于相邻像素之间的相关性，所以图像包含相当高的空间冗余度。

（2）由于图像中不同色彩组成部分的相关性，所以图像包含一定程度的色谱冗余度。

（3）人类视觉系统也造成了某种程度的心理视觉冗余度。

从理论的角度来看，应针对图像数据中的冗余信息获得尽可能小的压缩比。

无损压缩与有损压缩：
第一类方法是将相同或相似的数据或数据特征归类，使用较少的数据量描述原始数据，达到减少数据量的目的。

这种压缩一般为无损压缩，无损压缩要求图像在压缩前和解压缩后完全一样，不允许出现任何差错。

这种压缩方法在认证图像处理和档案图像领域，以及医疗图像处理中得到广泛应用。

例如美国政府已颁布法律规定，在医疗中不再使用有损压缩，因为因图像不清晰而导致的医生误诊会带来很多社会问题。

第二类方法是利用人眼的视觉特性有针对性地简化不重要的数据，以减少总的数据量。

这种压缩一般为有损压缩，有损压缩允许图像在压缩前和解压缩后有一定程度的不同。

有损压缩是相对无损压缩而言的，事实上，只要损失的数据对人眼主观接收的效果的影响不大，就可以采用有损压缩。

有损压缩常用于一般图像的压缩，如风景、人物照片等，大家接触的JPG图像格式就是有损压缩。

有损压缩的压缩比很小，能达到1：10、 1：20，甚至1：40，但无损压缩的压缩比很大，一般只有1：2到1：4。

4、其他媒体文件的压缩
其实，不止是图形、图像需要压缩，音频和视频文件同样需要压缩。

我们知道，声音所携带的信息量大、精细且准确。

以一个英文字母符为例，如果以ASCII码传输需要花费1个字节，如果传输该字符的点阵，则要花费7个字节，但如果传输这个字符的声音，则大约要花费上千个字节。

因为它同时表达了该字符的名称、音高、音强、音长。

一般来说，声音信息比图像信息要少得多，但和文本信息相比，仍然显得比较庞大。

同样，视频文件也很大，以一段视频剪辑为例，首先计算图像容量，假如该视频剪辑的图像分辨率是640×480，32位色彩，那么，一幅画面的图像所占据数据量是640×480×4≈，如果视频以25帧/秒的速度播放，则每秒钟要播放的数据量是×25=30MB。

然后计算声音容量，以CD音质的音频文件为例，每秒钟要播放的声音的数据是。

如果以上的信息不够直观，那么以一张光盘可以存储650MB的信息为例，将上述包括图像和声音信息在内的视频信息保存到光盘中，只能播放21秒钟。

可以，要想保存一部60分钟长度的电影，将需要几十张光盘，这是不可思议的。

因此，音频和视频文件的压缩是非常重要的。

音频文件的压缩是利用人耳听力范围的有限性（人耳只能听到20Hz ~ 20KHz）频率范围内的声音），将一些人耳听不到或者不敏感频率范围的声音去掉，来达到压缩的目的。

视频文件的压缩是利用人眼对某些图像信息的不敏感，或者是图像信息的相关性对视频文件进行压缩的。

举个简单例子，如一个正在说话的人的头部，只有眼睛和嘴在变化，背景是相对稳定的，这时可以使用一种“运动补偿”技术，只存储每一帧之间变化的数据，而不需要存储每一帧所有的数据。