浅谈图像压缩编码技术的发展方法

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1、浅谈图像压缩编码技术的发展方法一、图像压缩编码发展历程第一代图像压缩编码的研究是从上世纪40年代末提出电视信号数字化后开始的，至今已有60多年的历史。最初，限于客观条件，仅对帧内预测法和亚取样内插复原法进行研究⑴。为了克服第一代存在的压缩比小、图像复原质量不理想等弱点，1985年Kunt等人利用人眼视觉特性提岀了第二代图像压缩编码的概念。1987年，Mallat首次巧妙地将计算机视觉领域内的多尺度分析思想引入到小波变换中，统一了之前的各种小波的构造方法。1988年，Barnsley和Sloan共同提出了分形图像编码压缩方案，具有压缩潜力大、解码分辨率无关性等特点

2、，是一种很有潜力的编码方法。之后，各国学者提出各种各样的改进方法，掀起了分形图像编码的新高潮。上世纪90年代，又取得了一系列图像压缩编码研究的阶段性新成果，基于零树的编码法首先由A.S.Lewis和Knowles提出。接着J.M.Shapiro于1993年提出的嵌入式零树小波变换编码算法，有效地利用了小波系数的特性，实现了图像的可分级编码。此后，A.Said等人提岀了改进的所谓分等级树的集分割SPIHT算法。冃前，小波变换的图像压缩编码算法已成为图像压缩研究领域的一个主要方向。近十儿年来，图像编码技术的发展更是得到了迅速的发展和广泛的应用，并且日臻成熟，其标志就

3、是几个有关图像编码的国际标准的制定，即静止图像的编码标准JPEG和JPEG2000,视频编码标准H.261、H.263、H.264,以及活动图像的编码标准MPEG・1、MPEG-2.MPEG-4等。这些标准融合了各种优良的编码技术，代表了目前图像/视频编码的发展水平。二、图像压缩编码的分类图像编码方法有很多种，对编码技术的分类，从不同的角度出发，有不同的分类方法。按原始图像是否完全可以恢复，图像压缩编码可以分为无损压缩编码和有损压缩编码。无损压缩要求信息压缩后不丢失信息量，即对图像的压缩编码进行解码后可以无失真地重建原始图像，常用的无损压缩编码有霍夫曼编码，算术

4、编码和游程编码等；有损编码是一种以牺牲部分信息量为代价的编码压缩方法，常用的方法主要有离散余弦变换编码(DCT)、差分脉冲预测编码、量化编码等。根据编码方法原理，可以分为爛编码、变换编码、预测编码等。(1)嫡编码信息嫡编码乂称统计编码，它是根据信息嫡原理，将出现概率大的用短码表示，出现概率少的用长码表示，使得最终的平均码长很小。常用的爛编码方法有霍夫曼编码、游程编码和算术编码三种。霍夫曼于1952年提出了一种变字长编码方法一霍夫曼编码，它是消除编码冗余最常用的方法。基本思想是这种编码的码字长度的排列与符号的概率大小的排列是严格逆序的，概率越高的符号码字越短，概率

5、越小的符号对应的码字越长,从而达到较小的平均码长。但是产生霍夫曼编码要求对原始数据扫描两遍，因此当源数据成分复杂时，霍夫曼编码非常麻烦，限制了霍夫曼编码的实际应用。游程编码是一种利用空间冗余度压缩图像的方法，相对比较简单。这种编码方法是将一个相同值的连续串用一个代表值和串长，在进行图像编码时，定义特定方向上具有相同灰度的相邻元为一轮，其延续长度称为游程。游程编码在处理包含大量重复信息的数据吋可以获得很好的压缩效率。算术编码20世纪60年代初期Elias提出来的一种爛编码方法，它避开了用一个特定码字代替一个输入符号的思想，而是采用一种比特数目可变的方法来进行编码的

6、。基本原理是将被编码的信息流表示成实数0和1之间的一个区间。消息越长，编码表示它的区间就越小，表示这一小区间所需的二进制位数就越多。算术编码不必预先定义信源出现的概率模型，而是根据各个信源出现的概率自适应地调节码长。(2)变换编码变换编码是一种经典的数据压缩方法，变换编码不直接对空间域图像信号编码，而是将空间域描述的图像数据经过某种变换转换到频域中进行描述，使频域中的相关性明显下降，达到改变能量分布的目的，尽管图像变换本身并不带来数据压缩，但是由于变换后系数之间相关性明显降低，图像大部分能量只集中到少数几个变换系数上，采用适当地量化和爛编码后可以有效地压缩图像的

7、数据量，保留少数垂要系数就能够很好地恢复出图像，人眼几乎觉察不出来那些损失的系数。变换编码采用的正交变换种类很多，如傅立叶变换、沃尔什一哈达玛变换、余弦变换，还有基于统计特性的K-L变换等，不同的变换有不同的压缩效果。(1)预测编码预测编码是基于图像统计特性的一类数据压缩方法，是对样本的实际值和预测值的误差值进行编码传输。预测编码的原理是利用图像信号的相关性，用已经解码过而已知的信号来预测随后输入的信号，并且通过只发送预测误差来减少编码的信息量⑵。相关性越强，预测误差越小，量化和编码的位数越少，压缩效果越好。(2)止交变换编码正交变换编码是一种限失真编码方法。它

8、利用某种变换把空域中的图