Mr. OH!主述
ANAN 策劃

         隨著網路科技的應用，越來越多的圖檔採用影像檔案壓縮格式來傳送。數位相機也不能免俗的，提供了數種壓縮格式來儲存影像，藉此減低對記憶體的消耗。 雖然，你可能已經很熟悉的操作這些軟體，但是，你不可不知這些數位名詞的來由，就讓數位攝影講座為你細說從頭。首先，讓我們來看看，構成電子影像的要件有哪些？ 

1.影像類型 

在開始討論多樣的電腦圖檔格式之前，我們先來看看電腦是如何表示數位格式的影像資料的。一般的電子圖檔主要是靠像素（Pixel）所構成的，一個影像檔就是以上百、上千乃至上百萬個像素以格狀的排列方式來顯示。電腦用一個或多個位元的資料組合記錄每一個像素的亮度和色彩。影像資料的位元數越大，其儲存的資料量也就越大，也就是所佔的MB（記憶體）也越大。而依影像儲存的方式則可概分單位元影像（一般稱文字或黑白模式）、灰階影像和彩色影像三種類型。 

單位元影像，每個像素只用一個位元來記錄，其又分成兩種不同的類型：黑白影像（Line Art）和半色調影像（Halftone）。黑白影像（Line Art），最為簡單，以黑點和白點來記錄影像的變化，一般用於OCR的判讀。半色調影像（Halftone）則可產生近似灰階影像的錯覺效果，和黑白影像（Line Art）不同的是，較暗的區域是以較多的黑點來表示，而較亮的區域用較少的黑點來表示。因此，可以製造出成影像的層次感，報紙上看到的圖片多半屬於這類半色調影像。 

灰階影像，雖然也是黑白影像的一種，單它包含了更多黑色和白色的資料，特別是真實的紀錄了灰階層次！對於灰階影像而言，每個像素用更多的位元來表示，例如要表現 16 階的灰階層次需要用到 4 個位元，再更進一步，8 個位元則可以表現多達 256 階的灰階層次，也使得黑白照片的層次表現更加立體與真實。 

彩色影像包含的資料最為複雜。為了獲取彩色影像，數位相機和掃描器使用分色處理（ RGB（紅色 Red 、綠色 Green 和藍色 Blue））來分析接收到的影像光線。透過這個模式，影像中所有的色彩都可以用紅綠藍三原色以不同強度還原而成。而隨著您所使用數位相機或掃描器的機型不同，依其設計可對色彩記錄的極限可達 24 位元、30 位元或 36 位元 RGB 像素不等。越多的色彩位元的資料代表越多顏色被解析出來（24 位元可記錄 1677 萬色，30 位元可記錄 10 億色，36 位元則記錄多達 687 億種色彩），但同樣的你的記憶也消耗的越快。

2.檔案格式 

隨著科技的進步，所需電腦處理的影像就越顯的複雜。為了因應龐大的影像資料所造成的顯示處理速度緩慢，攜帶不便等種種缺點。電腦專家們想出了「影像壓縮」這種解決之道。影像壓縮可以根據原始影像資料來產生另外一組資料，這組資料就稱之為「壓縮結果」。壓縮結果的所佔的記憶體大小通常比原始影像檔案小很多。而某些檔案格式所提供的壓縮結果是可還原的，透過適當的反壓縮法使能還原成原始影像。

目前影像壓縮的方法有很多種，基本上可以分為「無失真」及「有失真」兩類。例如我們常見的PCX 、GIF 、TIFF 、及TGA 等格式就是屬於無失真的影像壓縮格式。它們利用傳統檔案的壓縮原理及技術來處理影像壓縮，所以壓縮前的原始影像與壓縮後還原的結果絲毫不差。至於我們所熟知的JPEG(Joint Photographic Coding Expert Group) 則是屬於有失真的影像壓縮格式。 

JPEG 由國際標準組織(International Organization for Standardization ，簡稱ISO) 和國際電話電報諮詢委員會(International Telegraph and Telephone Consultative Committee ，簡稱CCITT) 所建立的一個數位影像壓縮標準，主要是用於靜態影像壓縮方面。JPEC 採用可失真(Lossy) 編碼法的概念，利用數位餘弦轉換法(Discrete Cosine Transform，簡稱DCT) 將影像資料中較不重要的部份去除，僅保留重要的資訊，以達到高壓縮率的目的。雖然被JPEC 處理後的影像會有失真的現象，但由於JPEG 的失真比例可以利用參數來加以控制；一般而言，當壓縮率( 即壓縮過後的體積除以原有資料量的結果) 在5% ∼15% 之間時，JPEC 依然能保証其適當的影像品質，這是一般無失真壓縮法所作不到的。 

我們將以下圖的陽明山風景為例，利用不同的JPEC 壓縮參數(PHOTOIMPACT 5.0 漸進式 1024 X 768）來壓縮它，其壓縮的結果如圖二和圖三。圖二的影像品質與原圖十分接近，而壓縮率已達65% ；至於圖三，其壓縮率為25% ，壓縮效果良好，但此時影像品質已經有明顯的失真了。JPEG 不僅壓縮比率高，且影像品質可以為一般人所接受，又能應用於壓縮各種全彩或是8 位元的灰階影像。凡是照片或是色彩連續的影像都非常適合利用JPEG 來壓縮，為目前最受歡迎的壓縮法，也是廣為數位相機所採用的影像格式。

TIFF 是Tagged Image File Format 的縮寫也是一個非常重要的影像壓縮格式。它的第一個版本是由 Aldus Corporation 的Aldus Developers 於1986 年所公佈的。它利用標籤(Tag) 為其組成的基本架構，具有極大的擴充性。TIFF 有三個重要的特色1.被大量採用於多種工作平台上，例如：MS Windows 、DOS 、UNIX 和OS/2。 2.提供多種壓縮策略，包括有 藍波- 立夫- 衛曲 編碼法(Lempel-Ziv-Welch Encoding ，簡稱LZW)、霍夫曼編碼法(Huffman's Encoding)及變動長度編碼法等；使用者可以依照自己的需求，使用合適的壓縮策略。3.具有豐富的色彩支援，包括單色、灰階、及全彩的影像格式，TIFF 皆能處理。由於TIFF屬於較早期的壓縮格式，且採用了能完全還原的「標籤壓縮策略」。因此廣泛的為各種影像處理軟體所採用，一直沿用至今。

然而，以現今的觀點來看，TIFF所壓縮的檔案實在過大，已不敷所需。但由於TIFF的共通性佳可以再不同的平台之間自由運作，且還原力達100％。因此部分高階的數位相機仍然支援此模式。為了和JPEG這種壓縮模式作區隔，於數位影像坊的規格表中，我們統稱TIFF為「不壓縮格式」。 

其他尚有多種檔案格式於現今的繪圖軟體中所泛用的，分列如下：

1.  EPS : EPS 是 Encapsulated PostScript 的縮寫，很適合於儲存向量圖，但不適用於儲存黑白影像。當影像要輸出到 PostScript 格式的印表機時，它提供較多的控制，所以是應用程式列印時的理想格式。

2. PSD : Adobe Photoshop 軟體內建的影像格式。此格式的優點在於用 Photoshop 製做合成影像時所用的 layer 及 mask 都可一起儲存；另外此格式還可儲存 48-bit RGB 彩色影像。

3. GIF : 是1987 年由Compu-serve 所提出的影像壓縮格式，所使用的壓縮方法是「藍波- 立夫- 衛曲編碼法」，又可稱為「字串表(String Table) 壓縮法」。其基本的原理是將原始影像資料中重複的字串編成一個表，然後再利用表上的索引值來取代原始影像資料中的字串，由於索引值的體積遠比原始影像中的字串體積來的小，故GIF 能影像有壓縮的效果。然而，GIF 中所使用的藍波- 立夫- 衛曲編碼法並非標準的藍波- 立夫- 衛曲法，它是經改良過後的版本，它跟標準的藍波- 立夫- 衛曲編碼法最大的不同點在於：GIF 的藍波- 立夫- 衛曲編碼法其字串表沒有最大體積的限制，而且以「可變長度碼」來編碼其索引值，故可有效的節省壓縮後的空間，提高壓縮的比例。GIF 的缺點是由於藍波- 立夫- 衛曲編碼法的程式設計很困難，且由於編法的限制GIF 的色彩支援只到256 色。因此如果影像只是由單純的少數色彩所組成，例如用於網頁上的文字或商標，則 GIF 是一種相當合適的檔案格式。但若為連續色調或是有複雜色彩的影像，則 GIF 並不合適。

4. PCX : PCX 這種影像壓縮格式是由Zsoft 公司所設計發展出來的，它是以變動長度編碼法(Run Length Encoding ，簡稱RLE)為其核心壓縮技術，並以位元為基本單位，水平式(Row by Row) 的進行編碼。所謂變動長度編碼法，簡單而言即是以 「資料的重複次數」加上「原始資料內容」來編碼的方法，故它將每段重複的資料以二個位元組來表示。由於變動長度編碼法的演算法簡單、易懂、且程式設計十分簡單，所以被廣泛的運用在影像儲存方面。目前幾乎所有支援影像的軟體，都會使用 PCX 的檔案格式。然而，由於變動長度編碼法對於資料的內容相當敏感，隨著影像複雜度的不同，其壓縮率也會大幅的波動，因此PCX 並不能保持一定的壓縮水準，有時遇到重複性低的影像資料時， PCX 處理過的影像記憶體常常會不減反增。

參考文獻和網址：

http://www.jpeg.org/

http://www.netmechanic2.com/GIFbotsample/faq.htm

 張真誠與蔡文輝(1994) ：資料壓縮原理與實務。台北：松崗電腦圖書公司。

戴顯權(1996)：資料壓縮。台北：松崗電腦圖書公司。