第27卷第3期河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)Vol. 27 No. 32005年8月Journal of Hebei Institute of TechnologyAug.2005文章編號:1007-2829( 2005 )03-0048-03圖像壓縮技術(shù)趙巍，艾斯卡爾(新疆大學(xué)電子系新疆烏魯木齊830046 )關(guān)鍵詞:圖像壓縮;編碼聯(lián)合圖片專家組動態(tài)圖像專家組摘要:著重說明圖像壓 縮的目的及意義并介紹-些代表性的圖像數(shù)據(jù)的壓縮方法。另外還介紹了靜態(tài)圖像的標(biāo)準(zhǔn)壓縮格式JEPG和動態(tài)圖像的標(biāo)準(zhǔn)壓縮格式MPEG并對圖像和視頻壓縮的熱點(diǎn)問題作了初步的探討。中圖分類號TP 391.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :A1圖像壓縮的目的及其意義1.1圖像壓縮的目的圖像數(shù)據(jù)壓縮的目的是消除圖像中的大量冗余信息用盡可能少的字節(jié)數(shù)來表示原始數(shù)據(jù)，以提高圖像傳輸?shù)男蕼p少圖像的存儲容量。1.2圖像壓 縮的可行性圖像數(shù)據(jù)壓縮的可行性是因?yàn)閳D像數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的大多數(shù)圖像內(nèi)相鄰象素之間有較大的相關(guān)性存在很大的冗余度即空間冗余度。序列圖像前后幀之間有較大的相關(guān)性即時間冗余度。若用相同碼長表示不同出現(xiàn)概率的符號也會造成比特?cái)?shù)的浪費(fèi),即符號冗余度。允許圖像編碼有-定的失真也是圖像可壓縮的一個重要原因。1.3 圖像壓縮的意義由于圖像具有很大的信息量在目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的條件下要想實(shí)現(xiàn)實(shí)時處理就必須對圖像進(jìn)行壓縮如果圖像信息不經(jīng)過壓縮則占用信道寬使傳輸成本變得昂貴。2代表性壓 縮方法的簡述2.1二 值圖像編碼的壓縮方法這是只有0和1兩種數(shù)值的二值圖像的數(shù)據(jù)壓縮方法其中具有代表性的是游程長度編碼這種編碼是把連續(xù)出現(xiàn)的0或者1的個數(shù)用-個碼子來表示,即把連續(xù)出現(xiàn)的相同的值匯總并對其長度進(jìn)行編碼的方法。2.2預(yù)測編碼的壓縮方法已知圖像-個象素離散值利用其相鄰象素的相關(guān)性,預(yù)測它的下一個象素(水平方向或垂直方向)的可能性求其兩者差再量化編碼具有代表性的預(yù)測編碼是差分脈沖編碼調(diào)制DPCM )。2.3變長編碼它是種根據(jù)數(shù)據(jù)的值改變碼子長度的方法其中哈夫曼編碼(Huffmancoding)是代表性的變長編碼之一哈夫曼編碼是計(jì)算各數(shù)據(jù)出現(xiàn)的概率從出現(xiàn)概率高的開始分配短的碼子，對出現(xiàn)概率集中的情況比較有效。中國煤化工2.4變 換壓縮方法MYHCNMH(圖像經(jīng)過正交變換后能夠?qū)崿F(xiàn)圖像數(shù)據(jù)壓縮的物理本質(zhì)」紅過夕工工你示2的適當(dāng)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)和變換把散落在各坐標(biāo)軸上的原始圖像數(shù)據(jù)集中到少數(shù)坐標(biāo)軸上因而可以用較少的編碼字節(jié)來表示一幅復(fù)收稿日期2004-12-06作者簡介趙巍男新疆大學(xué)信息工程學(xué)院碩士生。第3期趙巍等圖像壓縮技術(shù)49雜圖像實(shí)現(xiàn)了圖像壓縮，從數(shù)學(xué)上看,可用于圖像壓縮編碼的正交變換有很多如Fourie變換,Cosine 變換(DCT)和K--L變換等。2.5分形 壓縮方法它是由Barnsey等人研究利用分形幾何學(xué)的思想進(jìn)行圖像壓縮的方法,并提出一種適合圖像壓縮的分形模型一迭代函數(shù)系統(tǒng)(IFS)。利用該方法,-幅復(fù)雜圖像只占很少字節(jié)的Is代碼,因而可實(shí)現(xiàn)很高的壓縮比。2.6小波變換的壓縮方法.小波變換把圖像分成逼近圖像和細(xì)節(jié)圖像之和,它們分別代表圖像的不同結(jié)構(gòu)然后采用快速算法(Mallat)進(jìn)行壓縮可以獲得很高的壓縮比。2.7 復(fù)合壓縮方法由于壓縮方法繁多為了充分利用各自優(yōu)點(diǎn)克服缺點(diǎn)相應(yīng)產(chǎn)生了多種復(fù)合方法。如( 1 )基于小波變換的分形圖像壓縮。(2 )基于DCT的分形圖像壓縮。( 3 )基于非均勻分割和基礎(chǔ)表的圖像壓縮。(4 )基于小波變換和大量量化的圖像壓縮等。3圖像壓縮的標(biāo)準(zhǔn)格式以靜態(tài)圖像作為對象的JPEG(聯(lián)合圖片專家組)和以活動圖像作為對象的MPEC(動態(tài)圖像專家組)是ISO(國際標(biāo)準(zhǔn)化組織)和ITU(國際電信聯(lián)盟)聯(lián)合制定的圖像壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)。3.1 JPEGJPEG是無損編碼DPCM(差分脈沖編碼調(diào)制)和有損編碼DCI(離散余弦變換)的圖像壓縮格式。無損編碼由于無損壓縮得不到很高壓縮比,所以JPEG主要應(yīng)用有損壓縮的DCT將由DCT得到的參數(shù)經(jīng)過DPCM游程長度編碼然后通過量化斜線掃描等技術(shù)實(shí)現(xiàn)高壓縮比的目的。連續(xù)色調(diào)靜止圖像的數(shù)字編碼”即JPEG標(biāo)準(zhǔn)。JPEG 系統(tǒng)可分為基本系統(tǒng)和擴(kuò)充系統(tǒng)兩種:基本系統(tǒng)由DCT 的順序型工作模式和Hufman編碼組成所有符合JPEG標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備必須符合基本系統(tǒng)擴(kuò)充系統(tǒng)提供不同的選擇除了基本系統(tǒng)外還提供其他編碼方式。3.2 MPEGMPEG有MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7、MPEG21等多個版本。MPEG處理的是標(biāo)準(zhǔn)圖像交換格式(SIF)的電視,它是為傳輸速率在1.5Mbps以下的CD--ROM和網(wǎng)格制定的標(biāo)準(zhǔn),用于在CD- -ROM上存儲數(shù)字影視和網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)字影視。它屬于有損壓縮格式,MPEGI 除采用了JPEG所有技術(shù)外還引進(jìn)了自適應(yīng)量化運(yùn)動補(bǔ)償預(yù)測,雙向運(yùn)動補(bǔ)償及半象素運(yùn)動估計(jì)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)對動態(tài)圖像的高效壓縮。MPEG2是一個直接與數(shù)字電視廣播有關(guān)的高質(zhì)量圖像和聲音編碼標(biāo)準(zhǔn),可以說是MPEGI的擴(kuò)展。二者的基本編碼算法相同但MPEG2增加了如隔行掃描電視編碼、位速率可變性能等。MPEG2 的傳輸速率達(dá)4 ~ 15 Mbps。MPEG4是為視聽數(shù)據(jù)的編碼和交互播放而開發(fā)的算法和工具,它是一個數(shù)據(jù)速率很低( 4. 8 ~ 32Kbps )的多媒體通信標(biāo)準(zhǔn)它在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下能可靠地工作并具有很強(qiáng)的交互功能。為此,MPEG4引入了對象基表達(dá)的概念用來表達(dá)視聽對象并擴(kuò)充了編碼的數(shù)據(jù)類型,由自然數(shù)據(jù)對象擴(kuò)展到計(jì)算機(jī)生成的數(shù)據(jù)對象采用合成對象自然對象混合編碼算法在實(shí)現(xiàn)交互功能和重用對象中引入了組合、合成和編排的重要概念。MPEG7是媒體內(nèi)容描述接口致力于制定-個標(biāo)準(zhǔn)化的框架用來描述各種類型的多媒體信息以及它們之間的關(guān)系,以便更快更有效地檢索信息。這些媒體材料MH中國煤化工D模型聲音,話音電視以及在多媒體演示中它們之間的組合關(guān)系。MPEG7 標(biāo)準(zhǔn)是CNMHG它用到了MPEC4中使用的形狀描述符MPEG1和MPEG2中的運(yùn)動向量等。MPEG21是一個多媒體框架允許用戶可以透明地定制使用各種類型網(wǎng)絡(luò)上的多媒體資源,MPEG21的基本框架要素包括數(shù)字項(xiàng)目說明,內(nèi)容表示數(shù)字項(xiàng)目的識別和描述,內(nèi)容管理與使用知識產(chǎn)權(quán)管理和保護(hù)終端和網(wǎng)絡(luò)事件報(bào)告等部分。河北理工學(xué)院學(xué)報(bào)第27卷4圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展趨勢目前根據(jù)壓縮技術(shù)的發(fā)展可將圖像編碼劃分為以下六代第-代壓縮方法:直接波形變化代表技術(shù):PCM第二代壓縮方法冗余去除,代表技術(shù):DPCM、 DCT、DWT、VQ ;第三代壓縮方法結(jié)構(gòu)編碼代表技術(shù):圖像分割第四代壓縮方法分析與綜合代表技術(shù)基于模型的編碼第五代壓縮方法:識別與重構(gòu)代表技術(shù)基于知識的編碼第六代壓縮方法:智能編碼代表技術(shù):語義編碼?，F(xiàn)在的編碼處于第四代的水平，從國際數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的發(fā)展看視頻編碼會朝著多模式和跨模式的方向發(fā)展。5結(jié)束語.壓縮技術(shù)的發(fā)展同社會的需求息息相關(guān)特別是數(shù)據(jù)庫,因特網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蠡谥R的編碼和語度編碼將是壓縮編碼的發(fā)展方向。隨著新理論、新技術(shù)的不斷發(fā)展必然全有更有效的功能更全面的壓縮編碼方法出現(xiàn)。參考文獻(xiàn):[1 ] Wallce c k. 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