图像存储与显示原理

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计算机图像存储与显示原理
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图像存储原理
• 从结构上讲，图形文件分为两种，即 位图和矢量图。在位图中，图像由许 多的屏幕小点（我们通常说的像素） 组成，这些小点对应显存中的“位” ，而就是这些 “位”决定了像素的图 形属性，如像素的颜色、灰度、明暗 对比度等。
• 当一个像素所占的位数多时，它所能表现 的颜色就更多、更丰富，从整体上看，图 像的色彩就更艳丽，分辨率就更高。位图 中所分的二位图、八位图等正是指像素所 占的位数。当位图被放大或缩小时，由于 像素的数量没有改变，图像的分辨率就会 降低，图像的外观自然就大打折扣。
• 显示缓冲区可以看成是一个与屏幕上像素 分布一一对应的二维矩阵，其中的每一个 存储单元对应着屏幕上的一个像素，其位 置可以由二维坐标（x，y）来表示。显示 缓冲区的存储单元与显示器屏幕坐标的对 应关系可以由图1来示意。
Leabharlann Baidu
显示缓冲区的存储单元与显示器屏 幕 坐标的对应关系
二、图形的生成 • 1．初始化 各种图形显示模式已经写 入到机器主板上的rombios中。通过对 rombios的合理调用，就可以获得所需的显 示模式。由于各种显示卡可以有许多种显 示模式，因此，在计算机生成任何图形之 前，必须进行图形的初始化工作，也就是 说必须要装入图形驱动程序，以确定计算 机是工作在哪一种图形显示模式。
JPG、JPEG（Joined Photographic Experts Group）——静态图像专家组
• 提供2:1到40:1的压缩比例，在8×8面积像 素单元内进行压缩，当单元颜色值较单一 时，则输出一种颜色，也就是说，它在压 缩时只储存单元内相差较大的颜色值，随 着压缩比例的上升，这一储存值便相应减 少，利用人的视觉的灵敏度，将一些常人 不易察觉的颜色变化略去。因此，在使用 相同压缩比的条件下，一些颜色较单一的 图像失真度较少，相反的就大一些。
2．点的显示 • 由于图形显示器件的显示方式具有离散 性质，使得任何图形的显示都是由点的集 合形式呈现的，也就是说，点是构成直线 、圆弧、抛物线及其它任意曲线的最基本 元素，也是构成面、体等图形的最基本元 素，因此在讨论计算机生成任何图形之前 ，首先应了解点的显示原理。
• 点的显示一般有两种方式：其一，是采用 dos操作系统的rombios的系统中断调用， 其int10中断处理子程序就是对显示屏幕进 行处理的；其二，是直接存储器存取（dma ）的快速写点方式，即直接对显示卡上的 视频vram进行存取。
图像显示原理
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谈到计算机图形显示技术，可分为硬件 和软件两大部分，且这两大部分密切相关 。就广义的图形来说，可以分为由计算机 生成的字幕与图形、由扫描仪输入的图形 、由图像卡输入的活动图像及由该卡捕捉 到的单帧图像（可以用某一规定的图形格 式来存储）等。当这些图形图像以文件形 式存储下来时，可以有静态或动态、低分 辨率或高分辨率等数十种格式。
3．基本图形的生成
• 基本图形一般指直线段、圆弧以及由它们构成 的简单几何图形。根据前面关于在屏幕上写点的 说明可知，要生成基本图形，只需根据构成基本 图形的各曲线段的方程找出所有符合曲线方程的 点（即x、y坐标值），并在屏幕坐标的相应位置 上以给定的颜色正确显示这些点，即可在屏幕上 完整显示出由计算机所画出的图形。值得说明的 是，计算机显示器屏幕上所能显示的最大点数由 计算机显示器屏幕上所能显示的最大点数由 显示卡的不同显示模式所决定。 显示卡的不同显示模式所决定。
矢量图
• 矢量图就是用矢量代替位图中的“ 位”。简单说来，矢量图不再给图 的全部像素作统一的标记，而是用 矢量给图的几何部分作标记。
多样化的图像存储方式 • 我们现在所用的各式各样的图像存储 方式，归根到底都离不开上面提到的两种 最基本的原理。下面我就现在大家常见的 几种图形存储方式作一个肤浅的介绍。
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TIF、TIFF（Taggered Image File Format）— —标记图像文件格式 PCD ——PhotoShop 的专利 WMF——Windows位元文件 位元文件 ......
数字化图像
• 所谓数字化图像，就是将图像上每个点的 信息按某种规律（模拟/ 数字转换）编成 一系列二进制数码（0 和1 ），即用数码 来表示图像信息。这种用数码来表示的图 像信息可以存储在磁盘、光盘等存储设备 里，也可以不失真地进行通信传输，更可 以有利于计算机进行分析处理。
BMP（BitMap）——位图老祖宗
• 到现在为止，BMP还是Windows图形界面的基本 构件之一，现在Windows的桌面依旧离不开它。 BMP的颜色模式分为四种：2位（黑白）、4位（16 色）、8位（256色）、24位（65535色）。由于这 种格式无压缩，所以体积巨大。一张640×480的 图，若色彩丰富的话，可高达 1M～2M。即便如此 ，到现在它还得到不少人青睐的原因是，它不会 丢失任何的图像细节，哪怕是一个细小的点，十 分适合对图像要求严格的行业使用。
1．图形适配器及其显示模式 • 从1981年问世的ibmpc机到当今的pentium 系列微机，其图形显示方式都是通过图形 适配器送到光栅扫描帧缓冲式显示器进行 显示的，而图形适配器则是一块插在计算 机主板上总线扩充槽内的插卡，它沟通了 主机与显示器的联系，一般简称作显示卡 。
2．光栅图形显示器的工作原理 • 在图形显示卡上都有一个由视频存储 器vram组成的显示缓冲区，它接受并暂存 计算机送来的图形图像数字信息，经d／a 转换为模拟信号后，再送到显示器去显示 。早期的mda卡上仅有4kb容量的显示缓冲 存储器，到标准vga卡时容量增至512kb。 增强vga卡一般为1mb容量，而目前扩展功 能的显示卡上，显示缓冲区的容量已达到 2mb到4mb。
• 因此，在进入图形显示方式时，首先要在 显示器的屏幕上建立一个坐标系，且水平 和垂直坐标均取为整数。当通过方程计算 出来的x、y坐标值不为整数时，还应对该 坐标值以四舍五入方式取整。
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在实际应用中，直接根据曲线方程进行 编程常常会使得程序中出现大量的实数乘 除法及多层循环运算，造成程序的执行效 率极低，因此实用程序中大多采用了巧妙 的算法以尽量回避影响程序执行速度的因 素。
dosbios的调用方法一般比较简单，但由 于需要经过ah、al、cx、dx等几个寄存器 的存取动作，写点的速度要慢些。 • dma方式的写点速度要比dosbios调用方式 的写点速度快得多，但算法稍复杂一些。 •
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近些年来，对于图形图像显示技术的研 究一直是计算机领域的一个热门话题，不 少公司也相继推出了各式各样的图形图像 加速技术。如最近新推出的directdraw直 接写屏技术，可以使图形图像的显示速度 进一步加快，这对于大量3d图形的显示尤 为显得重要。而基于directdraw技术的应 用程序一般可以通过visual basic、 visual c＋＋、borland c＋＋或delphi等 编程语言来编制。
PNG——GIF补丁版
• PNG是一种较新的位图格式，比较少人用，由 于它与GIF格式相类似，支持透明格式，可惜并不 支持动画效果，但最大可支持24位真彩色，多少 弥补了静态 GIF的不足。PNG格式的压缩算法有其 独到之处，对8位及以下位图的压缩能力比JPEG的 压缩算法要好。在肉眼观察失真度相当的情况下 ，JPEG格式仅有20～25:1，某些8位图片用PNG格 式存储可达40～50:1的压缩比！可见以前的JPEG 还没有到孤独求败的地步。但是，用PNG格式储存 24位真彩图时，由于其要保留对透明格式的支持 ，状况惨不忍睹，文件比BMP格式的还大，难以想 像它是怎么计算的。
GIF——动态位图开国元老
• GIF包括三种格式，均为8位位图，最大支持256种 颜色。一种是静态的GIF图，数据经过一定的压缩 。另外两种是GIF89a和GIF87a。支持动画格式和 透明效果，压缩方式与静态GIF图类似，可说是 GIF的延续，但是由于它对颜色的支持不是很丰富 ，所以不论是动态的还是静态的GIF图，它都会使 用真彩色的图像失真。因此，动态GIF图一般仅在 网页中存在，而静态GIF图在JPEG及下面将提到的 PNG格式的双重夹击下，越来越少人使用了。