圖像處理圖像壓縮-1

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1、圖像壓縮的目的與方法一.引言所謂數(shù)據(jù)壓縮，就是通過改變信息的表示方式，在有限的信息空間中表示盡可能多的信息。在信息設(shè)備容量有限的前提下，通過數(shù)據(jù)壓縮，能夠提供更多的信息，更好地滿足人們對信息地需求。近年來，以計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)為主的信息技術(shù)取得了飛速發(fā)展，信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用正在改變著人們的生產(chǎn)生活方式。在信息環(huán)境中，大量的信息是以數(shù)字化的方式表示、存儲和傳輸?shù)?，而這些數(shù)字化信息中圖像信息又占了絕大部分（據(jù)統(tǒng)計(jì)，在人們由視覺所獲取的信息中圖像信息約占了65%）。但是數(shù)字化后的圖像占的空間是巨大的，例如，一幅分辨率為512*51

2、2、顏色深度為8位的黑白圖像將占256K的存儲空間，同樣一副彩色圖像則占3*256=768K，一副2330*2330*8bit的氣象衛(wèi)星紅外云圖占4.74M,這樣，一顆衛(wèi)星每天（半小時(shí)發(fā)回一次5個(gè)波段數(shù)據(jù)）的數(shù)據(jù)量為1.1G,而當(dāng)前的320G硬盤僅可以存儲約200多天的衛(wèi)星云圖資料。這樣的存儲需求是不可思議的也是讓人不能忍受地，為了對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的處理、存儲和傳輸，必須對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮存儲。數(shù)字圖像信息壓縮編碼也就成為多媒體信息處理中的關(guān)鍵技術(shù)之一。二.數(shù)字圖像處理發(fā)展概況數(shù)字圖像處理（DigitalImagePro

3、cessing）又稱為計(jì)算機(jī)圖像處理，它是指將圖像信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并利用計(jì)算機(jī)對其進(jìn)行處理的過程。數(shù)字圖像處理最早出現(xiàn)于20世紀(jì)50年代，當(dāng)時(shí)的電子計(jì)算機(jī)已經(jīng)發(fā)展到一定水平，人們開始利用計(jì)算機(jī)來處理圖形和圖像信息。數(shù)字圖像處理作為一門學(xué)科大約形成于20世紀(jì)60年代初期。早期的圖像處理的目的是改善圖像的質(zhì)量，它以人為對象，以改善人的視覺效果為目的。首次獲得實(shí)際成功應(yīng)用的是美國噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）。他們對航天探測器徘徊者7號在1964年發(fā)回的幾千張?jiān)虑蛘掌褂昧藞D像處理技術(shù)，如幾何校正、灰度變換、去除噪聲等方法進(jìn)行處理，

4、并考慮了太陽位置和月球環(huán)境的影響，由計(jì)算機(jī)成功地繪制出月球表面地圖，獲得了巨大的成功。隨后又對探測飛船發(fā)回的近十萬張照片進(jìn)行更為復(fù)雜的圖像處理，以致獲得了月球的地形圖、彩色圖及全景鑲嵌圖，獲得了非凡的成果，為人類登月創(chuàng)舉奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，也推動(dòng)了數(shù)字圖像處理這門學(xué)科的誕生。在以后的宇航空間技術(shù)，如對火星、土星等星球的探測研究中，數(shù)字圖像處理技術(shù)都發(fā)揮了巨大的作用。三.圖像壓縮1．圖像數(shù)據(jù)壓縮原理由于圖像數(shù)據(jù)之間存在這一定的冗余，所以使得數(shù)據(jù)的壓縮成為可能。信息論的創(chuàng)始人Shannon提出把數(shù)據(jù)看作是信息和冗余度（redun

5、dancy）的組合。所謂冗余度是由于一副圖像的各像素之間存在著很大的相關(guān)性，可利用一些編碼的方法刪去它們，從而達(dá)到減少冗余壓縮數(shù)據(jù)的目的。為了去掉數(shù)據(jù)中的冗余，常常要考慮信號源的統(tǒng)計(jì)特性，或建立信號源的統(tǒng)計(jì)模型。圖像的冗余包括以下幾種：●空間冗余：像素點(diǎn)之間的相關(guān)性；●時(shí)間冗余：活動(dòng)圖像兩個(gè)連續(xù)幀之間的冗余；●信息熵冗余：單位信息量大于其熵；●結(jié)構(gòu)冗余：區(qū)域上存在非常強(qiáng)的紋理結(jié)構(gòu)；●知識冗余：有固定的結(jié)構(gòu)，如人的頭像；●視覺冗余：某些圖像的失真是人眼不易覺察的。對數(shù)字圖像進(jìn)行壓縮通常利用兩個(gè)基本原理：一是數(shù)字圖像的相關(guān)性。

6、在圖像的同一行相鄰象素之間，相鄰象素之間，活動(dòng)圖像的相鄰幀的對應(yīng)象素之間往往存在很強(qiáng)的相關(guān)性，去除或減少這些相關(guān)性，也即去除或減少圖像信息中的冗余度也就實(shí)現(xiàn)了對數(shù)字圖像的壓縮。幀內(nèi)象素的相關(guān)稱做空域相關(guān)性。相鄰幀間對應(yīng)象素之間的相關(guān)性稱做時(shí)域相關(guān)性。二是人的視覺心理特征。人的視覺對于邊緣急劇變化不敏感（視覺掩蓋效應(yīng)），對顏色分辨力弱，利用這些特征可以在相應(yīng)部分適當(dāng)降低編碼精度而使人從視覺上并不感覺到圖像質(zhì)量的下降，從而達(dá)到對數(shù)字圖像壓縮的目的。2.圖像壓縮的主要目標(biāo)圖像壓縮的主要目標(biāo)就是在給定位速（bit-rate）或者壓

7、縮比下實(shí)現(xiàn)最好的圖像質(zhì)量。但是，還有一些其它的圖像壓縮機(jī)制的重要特性：　　可擴(kuò)展編碼(en:Scalability)通常表示操作位流和文件產(chǎn)生的質(zhì)量下降（沒有解壓縮和再壓縮）?？蓴U(kuò)展編碼的其它一些叫法有漸進(jìn)編碼（en:progressivecoding）或者嵌入式位流（en:embeddedbitstreams）。盡管具有不同的特性，在無損編碼中也有可擴(kuò)展編碼，它通常是使用粗糙到精細(xì)像素掃描的格式。尤其是在下載時(shí)預(yù)覽圖像（如瀏覽器中）或者提供不同的圖像質(zhì)量訪問時(shí)（如在數(shù)據(jù)庫中）可擴(kuò)展編碼非常有用有幾種不同類型的可擴(kuò)展性：　

8、　質(zhì)量漸進(jìn)（en:Qualityprogressive）或者層漸進(jìn)（en:layerprogressive）：位流漸進(jìn)更新重建的圖像?！　》直媛蕽u進(jìn)（en:Resolutionprogressive）：首先在低分辨率編碼圖像，然后編碼與高分辨率之間的差別?！　〕煞譂u進(jìn)（en:Componentprogr