圖像壓縮技術(shù)綜述

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1、題目：圖像壓縮技術(shù)的綜述學(xué)生姓名：徐歡學(xué)號(hào)：070110117系別：計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)入學(xué)年份：2010年9月導(dǎo)師姓名：陳蘊(yùn)谷職稱/學(xué)位：講師/碩士研究生導(dǎo)師所在單位：中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)研究院完成時(shí)間:2014年4月1.引言隨著多媒體技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體娛樂(lè)、信息高速公路等不斷對(duì)信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸提出了更高的要求，也給現(xiàn)有的有限帶寬以嚴(yán)峻的考驗(yàn)，特別是具有龐大數(shù)據(jù)量的數(shù)字圖像通信，更難以傳輸和存儲(chǔ)，極大地制約了圖像通信的發(fā)展，因此圖像壓縮技術(shù)受到了越來(lái)越多的關(guān)注。圖像

2、壓縮的目的就是把原來(lái)較大的圖像用盡量少的字節(jié)表示和傳輸，并且要求復(fù)原圖像有較好的質(zhì)量。利用圖像壓縮，可以減輕圖像存儲(chǔ)和傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，使圖像在網(wǎng)絡(luò)上實(shí)現(xiàn)快速傳輸和實(shí)時(shí)處理。圖像數(shù)據(jù)是用來(lái)表示圖像信息的，如果不同的方法為表示相同的信息使用了不同的數(shù)據(jù)量，那么使用較多數(shù)據(jù)量的方法中，有些數(shù)據(jù)必然代表了無(wú)用的信息，或者是重復(fù)的表示了其他數(shù)據(jù)表示的信息，前者成為數(shù)據(jù)冗余，后者成為不相干信息。圖像壓縮編碼的主要目的，就是通過(guò)刪除冗余的或者是不相干的信息，以盡可能地的數(shù)碼率來(lái)存儲(chǔ)和傳輸數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。圖像壓縮編碼技術(shù)可

3、以追溯到1948年提出的電視信號(hào)數(shù)字化，到今天已經(jīng)有50多年的歷史了。在此期間出現(xiàn)了很多種圖像壓縮編碼方法，特別是到了80年代后期以后，由于小波變換理論，分形理論，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論，視覺仿真理論的建立，圖像壓縮技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，其中分形圖像壓縮和小波圖像壓縮是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文對(duì)當(dāng)前最為廣泛使用的圖像壓縮算法進(jìn)行綜述，討論了它們的優(yōu)缺點(diǎn)以及發(fā)展前景。圖像編碼基礎(chǔ)圖像編碼壓縮是指在滿足一定圖像質(zhì)量的條件下，用盡可能少的數(shù)據(jù)量來(lái)表示圖像。編碼技術(shù)比較系統(tǒng)的研究始于Shannon信息論，從此理論出

4、發(fā)可以得到數(shù)據(jù)壓縮的兩種基本途徑。一種是聯(lián)合信源的冗余度也寓于信源間的相關(guān)性之中，去除他們之間的相關(guān)性，使之成為或基本成為不相干信源，如預(yù)測(cè)編碼，變換域編碼，混合編碼等，但也都受信息熵的約束?？傮w上可以概括為熵編碼，預(yù)測(cè)編碼，變換編碼，也成為三大經(jīng)典編碼方法。另一種是設(shè)法改變信源的概率分布，使其盡可能地非均勻，再用最佳編碼方法使碼長(zhǎng)逼近信源熵。使用此途徑的壓縮方法其效率一般以其熵為上界，壓縮比飽和于10：1，如Huffman編碼，算術(shù)編碼，行程編碼等。隨著人們對(duì)傳統(tǒng)壓縮編碼方法的深入研究和應(yīng)用，逐漸發(fā)

5、現(xiàn)了這些傳統(tǒng)方法的許多缺點(diǎn)。如高壓縮比時(shí)回復(fù)圖像會(huì)出現(xiàn)方塊效應(yīng)，人眼視覺系統(tǒng)（HVS）的特性不易被引入到算法中等。為了克服這些缺點(diǎn)，1985年M.Kunl等人提出了第二代圖像壓縮編碼的概念。經(jīng)過(guò)近20年的發(fā)展，在這一框架下，人們踢出了雞樅新的編碼方法：分形編碼，小波變換編碼和基于模型的編碼方法等。于是，對(duì)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的研究就突破了傳統(tǒng)Shannon理論的框架，使得壓縮效率得以極大提高。圖像編碼基本原理數(shù)字圖像的冗余主要表現(xiàn)為以下幾種形式：空間冗余，時(shí)間冗余，信息熵冗余，結(jié)構(gòu)冗余和知識(shí)冗余。圖像數(shù)據(jù)的這

6、些冗余信息為圖像壓縮編碼提供了依據(jù)。圖像編碼的目的就是充分利用圖像中存在的各種冗余信息，特別是空間冗余，時(shí)間冗余以及視覺冗余，以盡量少的比特?cái)?shù)來(lái)表示圖像。利用各種冗余信息，壓縮編碼技術(shù)能夠很好地解決在將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后所產(chǎn)生的帶寬需求增加的問(wèn)題，它是使數(shù)字信號(hào)走上實(shí)用化的關(guān)鍵技術(shù)之一，雖然表示圖像需要大量的數(shù)據(jù)，但是圖像數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，或者說(shuō)存在冗余信息，去掉這些信息后可以有效壓縮圖像，同時(shí)不會(huì)損害圖像的有效信息。2.常用的編碼方法及其分類圖像壓縮分為無(wú)損壓縮和有損壓縮，有損壓縮分為預(yù)測(cè)編碼

7、，變換編碼，混合編碼，有損編碼分為：JPEG,MPEG,P*64，無(wú)損編碼分為：LempdZew,Huffman編碼，行程編碼，算數(shù)編碼。目前常用的數(shù)字圖像壓縮編碼方法可分為兩大類：一是冗余壓縮發(fā)，也稱為無(wú)損壓縮發(fā)；另一無(wú)損壓縮的算法刪除的僅僅是冗余的信息，因此可以在解壓縮時(shí)精確的恢復(fù)原圖像。有損壓縮的算法把不相干的信息也刪除了，解壓縮時(shí)只能對(duì)圖像進(jìn)行類似的重構(gòu)，而不能精確的復(fù)原，所i有損壓縮算法可以達(dá)到更高的壓縮比。對(duì)于多數(shù)圖像來(lái)說(shuō)，為了達(dá)到更高的壓縮比，保真度的輕微損失是可以接受的；有些圖像不允許

8、進(jìn)行任何修改，只能對(duì)他們進(jìn)行無(wú)損壓縮。無(wú)損壓縮利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮，其壓縮率一般為2：1至5：1。有損壓縮不能完全恢復(fù)數(shù)據(jù)，而是利用人的視覺特性（人的眼睛好比是一個(gè)“積分器”）使解壓縮后的圖像看起來(lái)與原始圖像一樣。壓縮比隨編碼方法的不同差別較大。2.1預(yù)測(cè)編碼在圖像中，相鄰像素通常在灰度上存在較大的相關(guān)性，因此，圖像中某一像素的灰度可以用鄰近的若干個(gè)像素灰度來(lái)估計(jì)。只對(duì)實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的差進(jìn)行編碼和傳輸。因?yàn)轭A(yù)測(cè)編碼是根據(jù)信號(hào)的一些已知情況，預(yù)測(cè)