漂亮小姐姐是怎么被压糊的?

百家 作者:全是黑科技 2022-08-19 16:22:18

上周朋友发我一张照片,觉得很漂亮,让我还原一下当壁纸。



我跟他说搞不了,他问为什么。

然后我就花三个小时给他解释了一下图片压缩的原理。

这个过程其实挺无聊的,但考虑到马赛克本身也是一种图片压缩,所以我觉得你们可能会感兴趣。

今天我们就来聊一聊这个问题。


首先,压缩这事儿并不高大上,属于学龄前就可以掌握的知识,我们每天都做。

举一个我们编辑部每天都发生的事儿:放P。


文档1挨个记录了每个人做的事儿,占用100字节。


但文档2觉得这样太啰嗦了,直接写成:



这样就把信息压缩成了原本的30%,而且不丢失任何细节,堪称完美压缩。

如果你能明白这点,就看懂了本文的50%,不过要想做到心中无码,还得接着学习。

我们知道图片其实就是一个一个格子拼接出来的,最小单位是像素。

△50X50像素

一般来说,像素越多,图片越清楚。

△500X500像素

而像素本质上是一种有颜色、有面积的矩形。

而小学美术老师说过,颜色都是有“红绿蓝”三原色组成。

在此基础上,科学家们又给每种三原色分成255个颜色等级,总共生成出1670万种颜色。

例如我们熟悉的枣红色,就是红124、绿24、蓝35,组合而成,这就赋予了颜色以数学意义。


如果一张图片第一行,第一列是枣红色,就可以表示成“1,1,124,24,35。”

以此类推,忠实的记录每一个位置的每一个颜色,我们就得到了一张图片,这个图片的格式是bmp。

这种格式的优点是很清晰,缺点是体积大,因为这种格式跟文档1一样,很容易说废话。


一个500X500的纯白图案用bmp格式储存,要占100万字节。

因为他把“这个像素是白色”的信息重复了250000遍。


这时候机智的文档2出现了,按照“编辑部每个人都放了一个P”的原理,把说法换成了:250000个格子,每个都是白色。

直接把大小变成原本的500分之一。


这就是png压缩,本质是把图片出现过的色彩归类。

常见的png有三种格式,分别是png8、png32、png64。

png8,意味着这张图片可以储存2的8次方,也就是256种颜色,其余的颜色都会被归类成这256种颜色。

优点是可以大幅压缩体积,缺点是会丢失色彩的丰富程度,毕竟除了显示的的256种之外,其他的都“被归类了”。

开头提过,rgb色系总共有1670万种颜色,png8只能捕捉其中的65234分之一。


这么一想,被png压缩过的小姐姐简直索然无味,连bmp小姐姐万分之一都不如。

体积越小,丢失的信息越多,图片越模糊,这个道理好像是个人就懂,实现起来也不难。

难道理科生们研究图片研究了十几年,就弄出来个这?

当然不是,他们有更花的操作。


JPEG,或者缩写成JPG,是我们常见的最后一种静态图片格式。

这种格式致力于在不影响人类感官的情况下,尽量压缩图片大小。

为了达到这个目标,JPEG不采用RGB算法,而是新创了一套标示亮度、色度、浓度的YUV算法。

用这个算法压图片总共分三步,首先要把RBG色彩转化为YUV色彩,叫转换色彩空间。

这步并不难,如果你数学好点,不用手机也能自己根据公式无损转换。(不信你试试)


紧接着是压缩。

科学研究发现,人眼对亮度的变化是最敏感的,如果亮度不够,色彩再怎么浓烈也没用。


所以如果想用YUV压缩图片,首先要分析图片明暗区域,最大化的保留亮度信息Y。

举两个例子,证明一下亮度Y对图片的影响。



可以看到亮度Y几乎是原本的黑白版,只要有Y,哪怕没有色彩信息我们也能清晰的分辨对象。

所以现在手机相机都拼了命的搞大底,延长曝光时间,这些操作本质上都是增加进光量以提升Y。

之后这个操作就厉害了,学名叫“离散余弦转换”。


老规矩,我们还是把图片分成8X8的方块,但这次我们看的是每个图片和相邻图片的差异,说白了就是色彩变化。

差异越大,说明这部分图片信息越多,我们将它称为高频区,反之为低频区。

接下来又有一个反常识的科学研究:人眼对高频区的分辨能力比低频区大。

说白就是在颜色丰富的地方动动手脚你看不出来,颜色单一的地方动手脚你一眼就能看出来。


所以JPEG算法就是,先提取并保留亮度信息,给图片质量兜个底,然后找到高频区可劲儿压缩。

这种算法在人眼分辨不出来的前提下,最大程度的压缩了图片信息,JPEG也因此成为互联网最主要的压缩格式。

你在网上看到的小姐姐绝大多数都是JPEG

而PNG处理色彩简单的图片很强,常被用来制作透明图和企业LOGO。

至于bmp,说实话这个格式虽然清晰,但体积太大,我们日常生活很难见到。

不过如果你打算保存一些对你有特殊意义的照片,请一定选择bmp因为这是完全无损的一种格式。


图片格式不分优劣,每种都有自己的价值。

以后妹子再给你发自拍或者表情包的时候,你就可以把我今天说的给她扯一通,浪费她10分钟时间岂不美哉?

没卵用的知识又增加了呢!

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