圖像壓縮技術(shù)

第27卷第3期河北理工學(xué)院學(xué)報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(zhuān)家組動(dòng)態(tài)圖像專(zhuān)家組摘要:著(zhù)重說(shuō)明圖像壓 縮的目的及意義并介紹-些代表性的圖像數據的壓縮方法。另外還介紹了靜態(tài)圖像的標準壓縮格式JEPG和動(dòng)態(tài)圖像的標準壓縮格式MPEG并對圖像和視頻壓縮的熱點(diǎn)問(wèn)題作了初步的探討。中圖分類(lèi)號TP 391.41文獻標識碼 :A1圖像壓縮的目的及其意義1.1圖像壓縮的目的圖像數據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數來(lái)表示原始數據，以提高圖像傳輸的效率減少圖像的存儲容量。1.2圖像壓 縮的可行性圖像數據壓縮的可行性是因為圖像數據是高度相關(guān)的大多數圖像內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(shí)間冗余度。若用相同碼長(cháng)表示不同出現概率的符號也會(huì )造成比特數的浪費,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(gè)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算機系統的條件下要想實(shí)現實(shí)時(shí)處理就必須對圖像進(jìn)行壓縮如果圖像信息不經(jīng)過(guò)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(jiǎn)述2.1二 值圖像編碼的壓縮方法這是只有0和1兩種數值的二值圖像的數據壓縮方法其中具有代表性的是游程長(cháng)度編碼這種編碼是把連續出現的0或者1的個(gè)數用-個(gè)碼子來(lái)表示,即把連續出現的相同的值匯總并對其長(cháng)度進(jìn)行編碼的方法。2.2預測編碼的壓縮方法已知圖像-個(gè)象素離散值利用其相鄰象素的相關(guān)性,預測它的下一個(gè)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測編碼是差分脈沖編碼調制DPCM )。2.3變長(cháng)編碼它是種根據數據的值改變碼子長(cháng)度的方法其中哈夫曼編碼(Huffmancoding)是代表性的變長(cháng)編碼之一哈夫曼編碼是計算各數據出現的概率從出現概率高的開(kāi)始分配短的碼子，對出現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(guò)正交變換后能夠實(shí)現圖像數據壓縮的物理本質(zhì)」紅過(guò)夕工工你示2的適當坐標旋轉和變換把散落在各坐標軸上的原始圖像數據集中到少數坐標軸上因而可以用較少的編碼字節來(lái)表示一幅復收稿日期2004-12-06作者簡(jiǎn)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)現了圖像壓縮，從數學(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系統(IFS)。利用該方法,-幅復雜圖像只占很少字節的Is代碼,因而可實(shí)現很高的壓縮比。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節圖像之和,它們分別代表圖像的不同結構然后采用快速算法(Mallat)進(jìn)行壓縮可以獲得很高的壓縮比。2.7 復合壓縮方法由于壓縮方法繁多為了充分利用各自?xún)?yōu)點(diǎn)克服缺點(diǎn)相應產(chǎn)生了多種復合方法。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圖像壓縮的標準格式以靜態(tài)圖像作為對象的JPEG(聯(lián)合圖片專(zhuān)家組)和以活動(dòng)圖像作為對象的MPEC(動(dòng)態(tài)圖像專(zhuān)家組)是ISO(國際標準化組織)和ITU(國際電信聯(lián)盟)聯(lián)合制定的圖像壓縮國際標準。3.1 JPEGJPEG是無(wú)損編碼DPCM(差分脈沖編碼調制)和有損編碼DCI(離散余弦變換)的圖像壓縮格式。無(wú)損編碼由于無(wú)損壓縮得不到很高壓縮比,所以JPEG主要應用有損壓縮的DCT將由DCT得到的參數經(jīng)過(guò)DPCM游程長(cháng)度編碼然后通過(guò)量化斜線(xiàn)掃描等技術(shù)實(shí)現高壓縮比的目的。連續色調靜止圖像的數字編碼”即JPEG標準。JPEG 系統可分為基本系統和擴充系統兩種:基本系統由DCT 的順序型工作模式和Hufman編碼組成所有符合JPEG標準的設備必須符合基本系統擴充系統提供不同的選擇除了基本系統外還提供其他編碼方式。3.2 MPEGMPEG有MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7、MPEG21等多個(gè)版本。MPEG處理的是標準圖像交換格式(SIF)的電視,它是為傳輸速率在1.5Mbps以下的CD--ROM和網(wǎng)格制定的標準,用于在CD- -ROM上存儲數字影視和網(wǎng)絡(luò )上傳輸數字影視。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)了自適應量化運動(dòng)補償預測,雙向運動(dòng)補償及半象素運動(dòng)估計等技術(shù)實(shí)現對動(dòng)態(tài)圖像的高效壓縮。MPEG2是一個(gè)直接與數字電視廣播有關(guān)的高質(zhì)量圖像和聲音編碼標準,可以說(shuō)是MPEGI的擴展。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4 ~ 15 Mbps。MPEG4是為視聽(tīng)數據的編碼和交互播放而開(kāi)發(fā)的算法和工具,它是一個(gè)數據速率很低( 4. 8 ~ 32Kbps )的多媒體通信標準它在異構網(wǎng)絡(luò )環(huán)境下能可靠地工作并具有很強的交互功能。為此,MPEG4引入了對象基表達的概念用來(lái)表達視聽(tīng)對象并擴充了編碼的數據類(lèi)型,由自然數據對象擴展到計算機生成的數據對象采用合成對象自然對象混合編碼算法在實(shí)現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是媒體內容描述接口致力于制定-個(gè)標準化的框架用來(lái)描述各種類(lèi)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(huà)音電視以及在多媒體演示中它們之間的組合關(guān)系。MPEG7 標準是CNMHG它用到了MPEC4中使用的形狀描述符MPEG1和MPEG2中的運動(dòng)向量等。MPEG21是一個(gè)多媒體框架允許用戶(hù)可以透明地定制使用各種類(lèi)型網(wǎng)絡(luò )上的多媒體資源,MPEG21的基本框架要素包括數字項目說(shuō)明,內容表示數字項目的識別和描述,內容管理與使用知識產(chǎn)權管理和保護終端和網(wǎng)絡(luò )事件報告等部分。河北理工學(xué)院學(xué)報第27卷4圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展趨勢目前根據壓縮技術(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 ;第三代壓縮方法結構編碼代表技術(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(yǔ)義編碼?，F在的編碼處于第四代的水平，從國際數據壓縮技術(shù)的發(fā)展看視頻編碼會(huì )朝著(zhù)多模式和跨模式的方向發(fā)展。5結束語(yǔ).壓縮技術(shù)的發(fā)展同社會(huì )的需求息息相關(guān)特別是數據庫,因特網(wǎng)數據傳輸的要求基于知識的編碼和語(yǔ)度編碼將是壓縮編碼的發(fā)展方向。隨著(zhù)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。參考文獻:[1 ] Wallce c k. The JPEG still picture compression standard[ J ] Comman ACM ,1991 34( 4 )0 ~45[2] Gall DL MPEG :A video conression standard for multimnedia appication[ J] Comman ACM ,1991 34( 4)46 ~ 58.[3 ] Rafael C. Gonzalez ,Richard E. Woods. Digital Image Processing ,second edition 2002.[4 ] Robert J. Mceliece. The Theory of Information and Coding second edition 2003.[5] 朱艷秋.一種基于二維DCT的分形靜止彩色圖像壓縮編碼[ J]中國圖像圖形學(xué)報,1997( 7) :486 ~ 487Image Compression TechnologiesZHAO Wei Askar( Department of Electron Xinjiang University ,Wlmq Xinjiang 830046 ,China )Key words :image compression coding ;JPEG MPEGAbstract .This Paper describes the goal and sense of image compression in brief and introduces some typical tech-niques of digital image compression. At the same time ,the JPEG technique for still image compression and theMPEG technique for video compression are described. At last ,the paper discusses the intensive issue in the domainof image compression technologies in the future.中國煤化工MYHCNMHG.