圖像壓縮技術(shù)介紹

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1、圖像壓縮技術(shù)介紹?　　由于圖像和視頻本身的數(shù)據(jù)量非常大，給存儲(chǔ)和傳輸帶來了很多不便，所以圖像壓縮和視頻壓縮得到了非常廣泛的應(yīng)用。比如數(shù)碼相機(jī)、USB攝像頭、可視電話、視頻點(diǎn)播、視頻會(huì)議系統(tǒng)、數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等等，都使用到了圖像或視頻的壓縮技術(shù)。　　常用的圖像的壓縮方法有以下幾種：?　　1、行程長(zhǎng)度編碼（RLE）?　　行程長(zhǎng)度編碼（run-lengthencoding）是壓縮一個(gè)文件最簡(jiǎn)單的方法之一。它的做法就是把一系列的重復(fù)值（例如圖象像素的灰度值）用一個(gè)單獨(dú)的值再加上一個(gè)計(jì)數(shù)值來取代。比如有這樣一個(gè)字母序列aabbbccccccccdddddd它的行程長(zhǎng)度編

2、碼就是2a3b8c6d。這種方法實(shí)現(xiàn)起來很容易，而且對(duì)于具有長(zhǎng)重復(fù)值的串的壓縮編碼很有效。例如對(duì)于有大面積的連續(xù)陰影或者顏色相同的圖象，使用這種方法壓縮效果很好。很多位圖文件格式都用行程長(zhǎng)度編碼，例如TIFF，PCX，GEM等。?　　2、LZW編碼?　　這是三個(gè)發(fā)明人名字的縮寫（Lempel，Ziv，Welch），其原理是將每一個(gè)字節(jié)的值都要與下一個(gè)字節(jié)的值配成一個(gè)字符對(duì)，并為每個(gè)字符對(duì)設(shè)定一個(gè)代碼。當(dāng)同樣的一個(gè)字符對(duì)再度出現(xiàn)時(shí)，就用代號(hào)代替這一字符對(duì)，然后再以這個(gè)代號(hào)與下個(gè)字符配對(duì)。LZW編碼原理的一個(gè)重要特征是，代碼不僅僅能取代一串同值的數(shù)據(jù)，也能夠代

3、替一串不同值的數(shù)據(jù)。在圖像數(shù)據(jù)中若有某些不同值的數(shù)據(jù)經(jīng)常重復(fù)出現(xiàn)，也能找到一個(gè)代號(hào)來取代這些數(shù)據(jù)串。在此方面，LZW壓縮原理是優(yōu)于RLE的。?　　3、霍夫曼編碼?　　霍夫曼編碼（Huffmanencoding）是通過用不固定長(zhǎng)度的編碼代替原始數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的?；舴蚵幋a最初是為了對(duì)文本文件進(jìn)行壓縮而建立的，迄今已經(jīng)有很多變體。它的基本思路是出現(xiàn)頻率越高的值，其對(duì)應(yīng)的編碼長(zhǎng)度越短，反之出現(xiàn)頻率越低的值，其對(duì)應(yīng)的編碼長(zhǎng)度越長(zhǎng)。??　　霍夫曼編碼很少能達(dá)到8∶1的壓縮比，此外它還有以下兩個(gè)不足：①它必須精確地統(tǒng)計(jì)出原始文件中每個(gè)值的出現(xiàn)頻率，如果沒有這個(gè)精確統(tǒng)計(jì)，壓

4、縮的效果就會(huì)大打折扣，甚至根本達(dá)不到壓縮的效果。霍夫曼編碼通常要經(jīng)過兩遍操作，第一遍進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，第二遍產(chǎn)生編碼，所以編碼的過程是比較慢的。另外由于各種長(zhǎng)度的編碼的譯碼過程也是比較復(fù)雜的，因此解壓縮的過程也比較慢。②它對(duì)于位的增刪比較敏感。由于霍夫曼編碼的所有位都是合在一起的而不考慮字節(jié)分位，因此增加一位或者減少一位都會(huì)使譯碼結(jié)果面目全非。?　　4、預(yù)測(cè)及內(nèi)插編碼?　　一般在圖象中局部區(qū)域的象素是高度相關(guān)的，因此可以用先前的象素的有關(guān)灰度知識(shí)來對(duì)當(dāng)前象素的灰度進(jìn)行預(yù)計(jì)，這就是預(yù)測(cè)。而所謂內(nèi)插就是根據(jù)先前的和后來的象素的灰度知識(shí)來推斷當(dāng)前象素的灰度情況。如果預(yù)測(cè)

5、和內(nèi)插是正確的，則不必對(duì)每一個(gè)象素的灰度都進(jìn)行壓縮，而是把預(yù)測(cè)值與實(shí)際象素值之間的差值經(jīng)過熵編碼后發(fā)送到接收端。在接收端通過預(yù)測(cè)值加差值信號(hào)來重建原象素。?　　預(yù)測(cè)編碼可以獲得比較高的編碼質(zhì)量，并且實(shí)現(xiàn)起來比較簡(jiǎn)單，因而被廣泛地應(yīng)用于圖象壓縮編碼系統(tǒng)。但是它的壓縮比并不高，而且精確的預(yù)測(cè)有賴于圖象特性的大量的先驗(yàn)知識(shí)，并且必須作大量的非線性運(yùn)算，因此一般不單獨(dú)使用，而是與其它方法結(jié)合起來使用。如在JPEG中，使用了預(yù)測(cè)編碼技術(shù)對(duì)DCT直流系數(shù)進(jìn)行編碼，而對(duì)交流系數(shù)則使用量化＋游程編碼＋霍夫曼編碼。?　　5、矢量量化編碼?　　矢量量化編碼利用相鄰圖象數(shù)據(jù)間的

6、高度相關(guān)性，將輸入圖象數(shù)據(jù)序列分組，每一組m個(gè)數(shù)據(jù)構(gòu)成一個(gè)m維矢量，一起進(jìn)行編碼，即一次量化多個(gè)點(diǎn)。根據(jù)仙農(nóng)率失真理論，對(duì)于無記憶信源，矢量量化編碼總是優(yōu)于標(biāo)量量化編碼。?　　編碼前，先通過大量樣本的訓(xùn)練或?qū)W習(xí)或自組織特征映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，得到一系列的標(biāo)準(zhǔn)圖象模式，每一個(gè)圖象模式就稱為碼字或碼矢，這些碼字或碼矢合在一起稱為碼書，碼書實(shí)際上就是數(shù)據(jù)庫。輸入圖象塊按照一定的方式形成一個(gè)輸入矢量。編碼時(shí)用這個(gè)輸入矢量與碼書中的所有碼字計(jì)算距離，找到距離最近的碼字，即找到最佳匹配圖象塊。輸出其索引（地址）作為編碼結(jié)果。解碼過程與之相反，根據(jù)編碼結(jié)果中的索引從碼書中

7、找到索引對(duì)應(yīng)的碼字（該碼書必須與編碼時(shí)使用的碼書一致），構(gòu)成解碼結(jié)果。由此可知，矢量量化編碼是有損編碼。目前使用較多的矢量量化編碼方案主要是隨機(jī)型矢量量化，包括變換域矢量量化，有限狀態(tài)矢量量化，地址矢量量化，波形增益矢量量化，分類矢量量化及預(yù)測(cè)矢量量化等。?　　6、變換編碼?　　變換編碼就是將圖象光強(qiáng)矩陣（時(shí)域信號(hào)）變換到系數(shù)空間（頻域信號(hào)）上進(jìn)行處理的方法。在空間上具有強(qiáng)相關(guān)的信號(hào)，反映在頻域上是某些特定的區(qū)域內(nèi)能量常常被集中在一起，或者是系數(shù)矩陣的分布具有某些規(guī)律。我們可以利用這些規(guī)律在頻域上減少量化比特?cái)?shù)，達(dá)到壓縮的目的。由于正交變換的變換矩陣是可逆

8、的且逆矩陣與轉(zhuǎn)置矩陣相等，這就使解碼運(yùn)算是有解的且運(yùn)算方便，因此運(yùn)