地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)壓縮應(yīng)ppt課件

1、一些運(yùn)用21512112劉翔宇矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)構(gòu)造矢量與柵格一體化的根本概念矢量與柵格一體化的根本概念 新一代集成化的地理信息系統(tǒng)，要求可以一致管理圖形數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)和數(shù)字高程模型DEM數(shù)據(jù)，稱(chēng)為四庫(kù)合一。關(guān)于圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一致管理，近年來(lái)已獲得突破性的進(jìn)展，不少GIS軟件商先后推出各自的空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎SDE，初步處理了圖形數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的一體化管理。而矢量與柵格數(shù)據(jù)，按照傳統(tǒng)的觀念，以為是兩類(lèi)完全不同性質(zhì)的數(shù)據(jù)構(gòu)造，當(dāng)利用它們來(lái)表達(dá)空間目的時(shí)，對(duì)于線狀實(shí)體，人們習(xí)慣運(yùn)用矢量數(shù)據(jù)構(gòu)造。對(duì)于面狀實(shí)體，在基于矢量的GIS中，主要運(yùn)用邊境表達(dá)法，而在基于柵格的GIS中，普通用元子

2、空間填充表達(dá)法。由此，人們聯(lián)想到對(duì)用矢量方法表示的線狀實(shí)體，是不是也可以采用元子空間填充法來(lái)表示，即在數(shù)字化一個(gè)線狀實(shí)體時(shí)，除記錄原始取樣點(diǎn)外，還記錄所經(jīng)過(guò)的柵格。同樣，每個(gè)面狀地物除記錄它的多邊形邊境外，還記錄中間包含的柵格。這樣，既堅(jiān)持了矢量特性，又具有柵格的性質(zhì)，就能將矢量與柵格一致同來(lái)，這就是矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)構(gòu)造的根本概念。為了建立矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)構(gòu)造，要對(duì)點(diǎn)、線、面目的數(shù)據(jù)構(gòu)造的存儲(chǔ)要求作如下的一致商定: 1對(duì)點(diǎn)狀目的，由于沒(méi)有外形和面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部只需求表示該點(diǎn)的一個(gè)位置數(shù)據(jù)及與結(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)的弧段信息。2對(duì)線狀目的，它有外形，但沒(méi)有面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需用一組元子來(lái)填滿整個(gè)途徑

3、，并表示該弧段相關(guān)的拓?fù)湫畔ⅰ?對(duì)面狀目的，它既有外形，又有面積，在計(jì)算機(jī)內(nèi)部需表示由元子填滿途徑的組邊境和由邊境組成的緊湊空間。由于柵格數(shù)據(jù)構(gòu)造的精度較低，需利用細(xì)分格網(wǎng)的方法，來(lái)提高點(diǎn)、線和面狀目的邊境限的數(shù)據(jù)表達(dá)精度。如圖2-32中，在有點(diǎn)、線目的經(jīng)過(guò)的根本格網(wǎng)內(nèi)，再細(xì)分成256256個(gè)細(xì)格網(wǎng)。當(dāng)精度要求較低時(shí)，也可以細(xì)分成16l6個(gè)細(xì)格網(wǎng)。為使數(shù)據(jù)格式一致，根本格網(wǎng)和細(xì)分格網(wǎng)都采用線性四叉樹(shù)的編碼方法，將采樣點(diǎn)和線性目的與根本格網(wǎng)的交點(diǎn)用兩個(gè)Morton碼表示均用十進(jìn)制Morton碼，簡(jiǎn)稱(chēng)M碼。其中，M1表示該點(diǎn)取樣點(diǎn)或附加的交叉點(diǎn)所在的根本格網(wǎng)地址碼，M2表示該點(diǎn)對(duì)應(yīng)的細(xì)分格網(wǎng)的Mo

4、rton碼，即M1和M2是將同一對(duì)X、Y坐標(biāo)轉(zhuǎn)換成的兩個(gè)Morton碼。例如，X=210.00m, y=l2.23m，當(dāng)根本格網(wǎng)的邊長(zhǎng)取為l0m，在每個(gè)弧段經(jīng)過(guò)的根本格網(wǎng)內(nèi)再細(xì)分為256256個(gè)細(xì)格網(wǎng)時(shí)，可得出M1=275，M22690矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)構(gòu)造設(shè)計(jì)矢量與柵格一體化數(shù)據(jù)構(gòu)造設(shè)計(jì)點(diǎn)狀目的和結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)構(gòu)造。 根據(jù)根本商定，點(diǎn)狀目的和結(jié)點(diǎn)只需位置，沒(méi)有外形和面積，不用將點(diǎn)狀地物作為一個(gè)覆蓋層分解成四叉樹(shù)，只需將點(diǎn)坐標(biāo)化為兩個(gè)地址碼M1和M2，而不論整個(gè)構(gòu)形能否為四叉樹(shù)。這種構(gòu)造簡(jiǎn)單靈敏，便于點(diǎn)的插入和刪除等操作。線狀目的和弧段數(shù)據(jù)構(gòu)造 根據(jù)根本商定，線狀目的只需將其經(jīng)過(guò)的柵格地址全部記

5、錄下來(lái)即可，由于一個(gè)線狀地物能夠由幾個(gè)弧段組成，所以應(yīng)建立弧段的數(shù)據(jù)文件。其數(shù)據(jù)構(gòu)造如圖2-35所示。 其中，始結(jié)點(diǎn)和終結(jié)點(diǎn)是該弧段的兩個(gè)端點(diǎn)結(jié)點(diǎn)，它們與結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)造聯(lián)接，可以建立起弧段與結(jié)點(diǎn)之間的拓?fù)潢P(guān)系。中間點(diǎn)串包含了原始取樣點(diǎn)已轉(zhuǎn)換成用M1、M2表示和該弧段途徑經(jīng)過(guò)的一切格網(wǎng)邊的交點(diǎn)位置碼。面狀目的的數(shù)據(jù)構(gòu)造 根據(jù)根本商定，面狀目的應(yīng)包含邊境和邊境所包圍的整個(gè)區(qū)域。邊境由弧段組成，關(guān)聯(lián)弧段構(gòu)成多邊形區(qū)域，經(jīng)過(guò)關(guān)聯(lián)弧段與弧段數(shù)據(jù)構(gòu)造的銜接，可以建立多邊形與弧段之間的拓?fù)潢P(guān)系。面狀目的中間包含的柵格采用線性四叉樹(shù)或二維行程數(shù)據(jù)構(gòu)造表示。 其中，面塊頭指針是指向該目的的下一個(gè)子塊的記錄或地址碼

6、，并在最后指向該目的的對(duì)應(yīng)屬性值。 經(jīng)過(guò)帶指針的三維行程表表2-6，可以用循環(huán)指針將屬于同一類(lèi)目的例如土壤覆蓋層的紅壤的葉結(jié)點(diǎn)鏈接起來(lái)圖2-37，構(gòu)成面向目的或詳細(xì)地物的面域構(gòu)造，而且只需進(jìn)入第一塊，就可以順著指針直接提取該目的的一切子塊，防止像柵格矩陣那樣，為了查詢(xún)某一個(gè)目的而遍歷整個(gè)矩陣，從而大大加快了查詢(xún)速度。 這里規(guī)定一個(gè)覆蓋層 layer構(gòu)成一個(gè)二維行程表，假設(shè)干個(gè)覆蓋層例如土地利用、土壤等那么構(gòu)成假設(shè)干個(gè)二維行程表，以便進(jìn)展GIS的疊合操作和分析。每個(gè)層可用一顆四叉樹(shù)或一個(gè)二維行程編碼表表示。葉結(jié)點(diǎn)的值可以是屬性值或目的的標(biāo)識(shí)號(hào)。詳細(xì)的檢索過(guò)程是:面狀目的標(biāo)識(shí)號(hào)搜索邊境弧段面塊指針

7、一切面塊及其屬性值。因此，面狀目的數(shù)據(jù)構(gòu)造的根底是弧段數(shù)據(jù)構(gòu)造及帶指針的二維行程編碼文件。Q:JEPG圖像是怎樣緊縮的？四個(gè)步驟 1.顏色方式轉(zhuǎn)換及采樣 2.DCT變換 3.量化 4.編碼顏色方式轉(zhuǎn)換及采樣 RGB顏色系統(tǒng)是我們最常用的表示顏色的方式。JPEG采用的是YCbCr顏色系統(tǒng)。想要用JPEG根本緊縮法處置全彩色圖像，得先把RGB顏色方式圖像數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換為YCbCr顏色方式的數(shù)據(jù)。 Y代表亮度，Cb和Cr那么代表色度、飽和度。經(jīng)過(guò)以下計(jì)算公式可完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。 Y=0.2990R+0.5870G+0.1140B Cb=-0.1687R-0.3313G+0.5000B+128 Cr=0.50

8、00R-0.4187G-0.0813B128 人類(lèi)的眼晴對(duì)低頻的數(shù)據(jù)比對(duì)高頻的數(shù)據(jù)具有更高的敏感度，現(xiàn)實(shí)上，人類(lèi)的眼睛對(duì)亮度的改動(dòng)也比對(duì)顏色的改動(dòng)要敏感得多，也就是說(shuō)Y成份的數(shù)據(jù)是比較重要的。既然Cb成份和Cr成份的數(shù)據(jù)比較相對(duì)不重要，就可以只取部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)處置。以添加緊縮的比例。JPEG通常有兩種采樣方式：YUV411和YUV422，它們所代表的意義是Y、Cb和Cr三個(gè)成份的數(shù)據(jù)取樣比例。DCT變換 DCT變換的全稱(chēng)是離散余弦變換Discrete Cosine Transform，是指將一組光強(qiáng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成頻率數(shù)據(jù)，以便得知強(qiáng)度變化的情形。假設(shè)對(duì)高頻的數(shù)據(jù)做些修飾，再轉(zhuǎn)回原來(lái)方式的數(shù)據(jù)時(shí)，顯然與

9、原始數(shù)據(jù)有些差別，但是人類(lèi)的眼睛卻是不容易識(shí)別出來(lái)。 x,y代表圖像數(shù)據(jù)矩陣內(nèi)某個(gè)數(shù)值的坐標(biāo)位置fx,y代表圖像數(shù)據(jù)矩陣內(nèi)的數(shù)個(gè)數(shù)值u,v代表DCT變換后矩陣內(nèi)某個(gè)數(shù)值的坐標(biāo)位置Fu,v代表DCT變換后矩陣內(nèi)的某個(gè)數(shù)值 u=0 且 v=0 cucv=1/1.414 u0 或 v0 cucv=1 經(jīng)過(guò)DCT變換后的矩陣數(shù)據(jù)自然數(shù)為頻率系數(shù)，這些系數(shù)以F0，0的值最大，稱(chēng)為DC，其他的63個(gè)頻率系數(shù)那么多半是一些接近于0的正負(fù)浮點(diǎn)數(shù)，一概稱(chēng)之為AC。量化 圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為頻率系數(shù)后，還得接受一項(xiàng)量化程序，才干進(jìn)入編碼階段。量化階段需求兩個(gè)8*8矩陣數(shù)據(jù)，一個(gè)是專(zhuān)門(mén)處置亮度的頻率系數(shù)，另一個(gè)那么是針對(duì)

10、色度的頻率系數(shù)，將頻率系數(shù)除以量化矩陣的值，獲得與商數(shù)最近的整數(shù)，即完成量化。 當(dāng)頻率系數(shù)經(jīng)過(guò)量化后，將頻率系數(shù)由浮點(diǎn)數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)檎麛?shù)，這才便于執(zhí)行最后的編碼。不過(guò)，經(jīng)過(guò)量化階段后，一切數(shù)據(jù)只保管整數(shù)近似值，也就再度損失了一些數(shù)據(jù)內(nèi)容編碼 Huffman編碼無(wú)專(zhuān)利權(quán)問(wèn)題，成為JPEG最常用的編碼方式，Huffman編碼通常是以完好的MCU來(lái)進(jìn)展的。 編碼時(shí)，每個(gè)矩陣數(shù)據(jù)的DC值與63個(gè)AC值，將分別運(yùn)用不同的Huffman編碼表，而亮度與色度也需求不同的Huffman編碼表，所以一共需求四個(gè)編碼表，才干順利地完成JPEG編碼任務(wù)。 DC編碼 DC是彩采用差值脈沖編碼調(diào)制的差值編碼法，也就是在同一個(gè)

11、圖像分量中獲得每個(gè)DC值與前一個(gè)DC值的差值來(lái)編碼。DC采用差值脈沖編碼的主要緣由是由于在延續(xù)顏色的圖像中，其差值多半比原值小，對(duì)差值進(jìn)展編碼所需的位數(shù)，會(huì)比對(duì)原值進(jìn)展編碼所需的位數(shù)少許多。 AC編碼 AC編碼方式與DC略有不同，在AC編碼之前，首先得將63個(gè)AC值按Zig-zag排序， 63個(gè)AC值陳列好的，將AC系數(shù)轉(zhuǎn)換成中間符號(hào)，中間符號(hào)表示為RRRR/SSSS，RRRR是指第非零的AC之前，其值為0的AC個(gè)數(shù)，SSSS是指AC值所需的位數(shù)，AC系數(shù)的范圍與SSSS的對(duì)應(yīng)關(guān)系與DC差值Bits數(shù)與差值內(nèi)容對(duì)照表類(lèi)似。 假設(shè)延續(xù)為0的AC個(gè)數(shù)大于15，那么用15/0來(lái)表示延續(xù)的16個(gè)0，1

12、5/0稱(chēng)為ZRLZero Rum Length，而0/0稱(chēng)為EOBEnel of Block用來(lái)表示其后所剩余的AC系數(shù)皆等于0，以中間符號(hào)值作為索引值，從相應(yīng)的AC編碼表中找出適當(dāng)?shù)幕舴蚵a值，再與AC值相連即可。 BMP位圖文件的構(gòu)造 BMP文件頭BMP文件頭 typedef struct tagBITMAPFILEHEADER UINT bfType; /位圖文件的類(lèi)型，必需為BM DWORD bfSize; /位圖文件的大小，以字節(jié)為單位 UINT bfReserved1; /位圖文件保管字，必需為0 UINT bfReserved2; /位圖文件保管字，必需為0 DWORD bfOf

13、fBits; /位圖數(shù)據(jù)距文件頭的偏移量，以字節(jié)為單位 BITMAPFILEHEADER;BMP位圖信息頭BMP位圖信息頭用于闡明位圖的尺寸等信息typedef struct tagBIMAPINFOHEADER DWORD biSize; /本構(gòu)造所占用字節(jié)數(shù) LONG biWidth; /位圖的寬度，以像素為單位 LONG biHeight; /位圖的高度，以像素為單位 WORD biPlanes; /目的設(shè)備的級(jí)別，必需為1 WORD biBitCount; /每個(gè)像素所需的位數(shù)，必需是1雙色、 /416色、8256色或24真彩色之一 DWORD biCompression; /位圖緊縮

14、類(lèi)型，必需是 0不緊縮、 /1BI_RLE8緊縮類(lèi)型或2BI_RLE緊縮類(lèi)型之一 DWORD biSizeImage; /位圖的大小，以字節(jié)為單位 LONG biXPelsPerMeter; /位圖程度分辨率，每米像素?cái)?shù) LONG biYPelsPerMeter; /位圖垂直分辨率，每米像素?cái)?shù) DWORD biClrUsed; /位圖實(shí)踐運(yùn)用的顏色表中的顏色數(shù) DWORD biClrImportant; /位圖顯示過(guò)程中重要的顏色數(shù) BITMAPINFOHEADER; typedef struct tagBITMAPINFO BITMAPINFOHEADER bmiHeader; RGBQUA

15、D bmiColorsi; BITMAPINFO; 顏色表中RGBQUAD構(gòu)造數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)由biBitCount來(lái)確定，當(dāng)biBitCount=1、4、8時(shí)，分別有2、16、256個(gè)表項(xiàng)；當(dāng)biBitCount=24時(shí)，沒(méi)有顏色表項(xiàng)。 位圖數(shù)據(jù)記錄了位圖的每一個(gè)像素值，記錄順序是在掃描行內(nèi)從左到右、掃描行之間從下到上。位圖的一個(gè)像素值所占的字節(jié)數(shù)如下： l 當(dāng)biBitCount=1時(shí)，8個(gè)像素占1個(gè)字節(jié)。 l 當(dāng)biBitCount=4時(shí)，2個(gè)像素占1個(gè)字節(jié)。 l 當(dāng)biBitCount=8時(shí)，1個(gè)像素占1個(gè)字節(jié)。 一張A4210mm297mm 幅面的照片，假設(shè)用中等分辨率300dpi的掃描儀

16、按真彩色掃描，其數(shù)據(jù)量為多少？讓我們來(lái)計(jì)算一下：共有300210/25.4 300297/25.4個(gè)象素，每個(gè)象素占3個(gè)字節(jié)，其數(shù)據(jù)量為26M字節(jié)，其數(shù)據(jù)量之大可見(jiàn)一斑了。TIFF圖像格式圖像格式 TIFF TaglmageFileFormat圖像文件是由Aldus和 Microsoft公司為桌上出版系統(tǒng)研制開(kāi)發(fā)的一種較為通用的圖像文件格式。 TIFF格式靈敏易變，它又定義了四類(lèi)不同的格式：TIFF-B適用于二值圖像：TIFF-G適用于黑白灰度圖像；TIFF-P適用于帶調(diào)色板的彩色圖像：TIFF-R適用于RGB真彩圖像。 TIFF支持多種編碼方法，其中包括RGB無(wú)緊縮、RLE緊縮及JPEG緊縮等。 TIFF是現(xiàn)存圖像文件格式中最復(fù)雜的一種，它具有擴(kuò)展性、方便性、可改性，可以提供應(yīng)IBMPC等環(huán)境中運(yùn)轉(zhuǎn)、圖像編輯程序。 TIFF圖像文件由三個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)造組成，分別為文件頭、一個(gè)或多個(gè)稱(chēng)為IFD的包含標(biāo)志指針的目錄以及數(shù)據(jù)本身。 TIFF圖像文件中的第一個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)造稱(chēng)為圖像文件頭或IFH。這個(gè)構(gòu)造是一個(gè)TIFF文件中獨(dú)一