图像压缩技术

第27卷第3期河北理工学院学报Vol. 27 No. 32005年8月Journal of Hebei Institute of TechnologyAug.2005文章编号:1007-2829( 2005 )03-0048-03图像压缩技术赵巍，艾斯卡尔(新疆大学电子系新疆乌鲁木齐830046 )关键词:图像压缩;编码联合图片专家组动态图像专家组摘要:着重说明图像压 缩的目的及意义并介绍-些代表性的图像数据的压缩方法。另外还介绍了静态图像的标准压缩格式JEPG和动态图像的标准压缩格式MPEG并对图像和视频压缩的热点问题作了初步的探讨。中图分类号TP 391.41文献标识码 :A1图像压缩的目的及其意义1.1图像压缩的目的图像数据压缩的目的是消除图像中的大量冗余信息用尽可能少的字节数来表示原始数据，以提高图像传输的效率减少图像的存储容量。1.2图像压 缩的可行性图像数据压缩的可行性是因为图像数据是高度相关的大多数图像内相邻象素之间有较大的相关性存在很大的冗余度即空间冗余度。序列图像前后帧之间有较大的相关性即时间冗余度。若用相同码长表示不同出现概率的符号也会造成比特数的浪费,即符号冗余度。允许图像编码有-定的失真也是图像可压缩的一个重要原因。1.3 图像压缩的意义由于图像具有很大的信息量在目前的计算机系统的条件下要想实现实时处理就必须对图像进行压缩如果图像信息不经过压缩则占用信道宽使传输成本变得昂贵。2代表性压 缩方法的简述2.1二 值图像编码的压缩方法这是只有0和1两种数值的二值图像的数据压缩方法其中具有代表性的是游程长度编码这种编码是把连续出现的0或者1的个数用-个码子来表示,即把连续出现的相同的值汇总并对其长度进行编码的方法。2.2预测编码的压缩方法已知图像-个象素离散值利用其相邻象素的相关性,预测它的下一个象素(水平方向或垂直方向)的可能性求其两者差再量化编码具有代表性的预测编码是差分脉冲编码调制DPCM )。2.3变长编码它是种根据数据的值改变码子长度的方法其中哈夫曼编码(Huffmancoding)是代表性的变长编码之一哈夫曼编码是计算各数据出现的概率从出现概率高的开始分配短的码子，对出现概率集中的情况比较有效。中国煤化工2.4变 换压缩方法MYHCNMH(图像经过正交变换后能够实现图像数据压缩的物理本质」红过夕工工你示2的适当坐标旋转和变换把散落在各坐标轴上的原始图像数据集中到少数坐标轴上因而可以用较少的编码字节来表示一幅复收稿日期2004-12-06作者简介赵巍男新疆大学信息工程学院硕士生。第3期赵巍等图像压缩技术49杂图像实现了图像压缩，从数学上看,可用于图像压缩编码的正交变换有很多如Fourie变换,Cosine 变换(DCT)和K--L变换等。2.5分形 压缩方法它是由Barnsey等人研究利用分形几何学的思想进行图像压缩的方法,并提出一种适合图像压缩的分形模型一迭代函数系统(IFS)。利用该方法,-幅复杂图像只占很少字节的Is代码,因而可实现很高的压缩比。2.6小波变换的压缩方法.小波变换把图像分成逼近图像和细节图像之和,它们分别代表图像的不同结构然后采用快速算法(Mallat)进行压缩可以获得很高的压缩比。2.7 复合压缩方法由于压缩方法繁多为了充分利用各自优点克服缺点相应产生了多种复合方法。如( 1 )基于小波变换的分形图像压缩。(2 )基于DCT的分形图像压缩。( 3 )基于非均匀分割和基础表的图像压缩。(4 )基于小波变换和大量量化的图像压缩等。3图像压缩的标准格式以静态图像作为对象的JPEG(联合图片专家组)和以活动图像作为对象的MPEC(动态图像专家组)是ISO(国际标准化组织)和ITU(国际电信联盟)联合制定的图像压缩国际标准。3.1 JPEGJPEG是无损编码DPCM(差分脉冲编码调制)和有损编码DCI(离散余弦变换)的图像压缩格式。无损编码由于无损压缩得不到很高压缩比,所以JPEG主要应用有损压缩的DCT将由DCT得到的参数经过DPCM游程长度编码然后通过量化斜线扫描等技术实现高压缩比的目的。连续色调静止图像的数字编码”即JPEG标准。JPEG 系统可分为基本系统和扩充系统两种:基本系统由DCT 的顺序型工作模式和Hufman编码组成所有符合JPEG标准的设备必须符合基本系统扩充系统提供不同的选择除了基本系统外还提供其他编码方式。3.2 MPEGMPEG有MPEG1、MPEG2、MPEG4、MPEG7、MPEG21等多个版本。MPEG处理的是标准图像交换格式(SIF)的电视,它是为传输速率在1.5Mbps以下的CD--ROM和网格制定的标准,用于在CD- -ROM上存储数字影视和网络上传输数字影视。它属于有损压缩格式,MPEGI 除采用了JPEG所有技术外还引进了自适应量化运动补偿预测,双向运动补偿及半象素运动估计等技术实现对动态图像的高效压缩。MPEG2是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准,可以说是MPEGI的扩展。二者的基本编码算法相同但MPEG2增加了如隔行扫描电视编码、位速率可变性能等。MPEG2 的传输速率达4 ~ 15 Mbps。MPEG4是为视听数据的编码和交互播放而开发的算法和工具,它是一个数据速率很低( 4. 8 ~ 32Kbps )的多媒体通信标准它在异构网络环境下能可靠地工作并具有很强的交互功能。为此,MPEG4引入了对象基表达的概念用来表达视听对象并扩充了编码的数据类型,由自然数据对象扩展到计算机生成的数据对象采用合成对象自然对象混合编码算法在实现交互功能和重用对象中引入了组合、合成和编排的重要概念。MPEG7是媒体内容描述接口致力于制定-个标准化的框架用来描述各种类型的多媒体信息以及它们之间的关系,以便更快更有效地检索信息。这些媒体材料MH中国煤化工D模型声音,话音电视以及在多媒体演示中它们之间的组合关系。MPEG7 标准是CNMHG它用到了MPEC4中使用的形状描述符MPEG1和MPEG2中的运动向量等。MPEG21是一个多媒体框架允许用户可以透明地定制使用各种类型网络上的多媒体资源,MPEG21的基本框架要素包括数字项目说明,内容表示数字项目的识别和描述,内容管理与使用知识产权管理和保护终端和网络事件报告等部分。河北理工学院学报第27卷4图像压缩技术的发展趋势目前根据压缩技术的发展可将图像编码划分为以下六代第-代压缩方法:直接波形变化代表技术:PCM第二代压缩方法冗余去除,代表技术:DPCM、 DCT、DWT、VQ ;第三代压缩方法结构编码代表技术:图像分割第四代压缩方法分析与综合代表技术基于模型的编码第五代压缩方法:识别与重构代表技术基于知识的编码第六代压缩方法:智能编码代表技术:语义编码。现在的编码处于第四代的水平，从国际数据压缩技术的发展看视频编码会朝着多模式和跨模式的方向发展。5结束语.压缩技术的发展同社会的需求息息相关特别是数据库,因特网数据传输的要求基于知识的编码和语度编码将是压缩编码的发展方向。随着新理论、新技术的不断发展必然全有更有效的功能更全面的压缩编码方法出现。参考文献:[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] 朱艳秋.一种基于二维DCT的分形静止彩色图像压缩编码[ J]中国图像图形学报,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.中国煤化工MYHCNMHG.