周　晶

數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的應(yīng)用與研究

周晶

（黑龍江省科學(xué)院自動(dòng)化研究所，哈爾濱 150090）

冗余度壓縮法和熵壓縮法是數(shù)字圖像壓縮的常用方法，已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到日常生活中。數(shù)字圖像的工作原理是把圖片轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)當(dāng)中的數(shù)字，常用算法有形狀自適應(yīng)離散小波變換法、Egger方法、形狀自適應(yīng)DCT（SA-DCT）算法等。經(jīng)計(jì)算最終確定，小波變化圖像壓縮技術(shù)的仿真應(yīng)用研究效果最好，可以進(jìn)行推廣。

數(shù)字圖像：壓縮技術(shù)；應(yīng)用

1　數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的基礎(chǔ)理論

1.1冗余度壓縮法

數(shù)據(jù)冗余度是指數(shù)據(jù)在傳送的過程中，為了能夠提高其衰減或是抗干擾能力而增加的一些代碼長(zhǎng)度，通常也叫作富裕度。對(duì)數(shù)字圖像進(jìn)行壓縮，是為了方便傳輸，提高傳送與接收的速度，因此，在收到文件的時(shí)候，也必須對(duì)文件進(jìn)行解碼。利用冗余度壓縮法進(jìn)行解碼的時(shí)候，計(jì)算機(jī)會(huì)自動(dòng)依據(jù)相應(yīng)的法則，想要再次看到原圖像，就需要把壓縮的根據(jù)之前的資料，對(duì)原圖像進(jìn)行重現(xiàn)，把原圖像的具體數(shù)據(jù)插入圖像中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)原圖像的再現(xiàn)。這個(gè)過程中，對(duì)于圖像是毫無損傷的，使用者能夠根據(jù)法則將這些圖像完全復(fù)原，因此，這種算法也稱之為無損壓縮或者無失真壓縮［1］。

1.2熵壓縮法

這種方法與冗余度壓縮法相比，其恢復(fù)之后的圖像圖質(zhì)會(huì)比較差。因?yàn)檫@種方法是在損失掉一部分圖像信息的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)平均碼長(zhǎng)的方法，因此，恢復(fù)之后圖像與原圖像不能夠完全相符也是必然的。

2　數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的算法分析

2.1標(biāo)準(zhǔn)

國(guó)際相關(guān)部門已經(jīng)對(duì)數(shù)字圖像壓縮技術(shù)規(guī)定了統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，執(zhí)行這一標(biāo)準(zhǔn)的工作人員在標(biāo)準(zhǔn)之上還增添了更嚴(yán)格的要求，因?yàn)樵诙嗝襟w技術(shù)之下做檢驗(yàn)，會(huì)出現(xiàn)一些技術(shù)上的紕漏，因此，只能對(duì)標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格要求。聯(lián)合國(guó)又出臺(tái)了另一個(gè)圖片標(biāo)準(zhǔn)JPEG2000，這種技術(shù)的應(yīng)用，給廣播、通信以及計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域帶來了前所未有的改變，未來的發(fā)展會(huì)更加廣闊。

2.2算法分析

2.2.1形狀自適應(yīng)離散小波變換

形狀自適應(yīng)離散小波變換又可以稱作SA-DWT編碼，是由科學(xué)家Li等人經(jīng)過長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)果，SA-DWT編碼獨(dú)特的特點(diǎn)使這一技術(shù)在壓縮技術(shù)方面也得到了廣泛的應(yīng)用。這一技術(shù)不需要經(jīng)過與方程式一樣復(fù)雜的算法，通過較為簡(jiǎn)便的計(jì)算方法就可以完成復(fù)雜的編碼程序，因此受到了廣大技術(shù)研究人員的青睞［2］。

2.2.2Egger方法

Egger方法的取名來自于一位科學(xué)家，他與其他科學(xué)家一同提出了這一方法適用于所有小波的變換形式的理論，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。在相反的方向也進(jìn)行了相同方法的運(yùn)用，得出的結(jié)論是相同的。這一方式的運(yùn)行過程主要應(yīng)用了小波在傳播過程中的不可隨意性，因此，這一方式也有自己的缺點(diǎn)，由于小波的高頻率，可能會(huì)引起其他高頻波與小波合并，導(dǎo)致反方向的波在運(yùn)動(dòng)過程中分解出現(xiàn)問題。

2.2.3形狀自適應(yīng)DCT（SA-DCT）算法

SA-DCT編碼中的DCT是一種變化方式，這種變換方式可以將任何一種圖像進(jìn)行隨意的變換。這種變換方式的缺點(diǎn)是在運(yùn)行過程中，它的像素必須要和邊框重合，所以矩形外部的一些圖像在這個(gè)過程中就有可能丟失，也就失去了圖像的真實(shí)性。

3　小波變化圖像壓縮技術(shù)的仿真應(yīng)用研究

表1　不同算法的壓縮效果對(duì)比Compare the effect of different conpression algorithms in Table 1

圖1　小波分解方程式Figure 1 wavelet decomposition equation

圖2　小波分解示意圖Figure 2 Schettetic diagram of wavelet decomposition

3.1數(shù)字圖像的小波分解

小波分解的過程可以用數(shù)學(xué)的方程式表示出來，根據(jù)方程式中所得出的結(jié)果，可以判定某一特定時(shí)段的小波的特點(diǎn)，可以在適合的空間對(duì)小波進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)用。用方程將小波分解過程表示出來，即f（t）∈L2（R），Ψ（t）是基本小波。在小波變換時(shí)，通常使用的是八帶分解的方法，其中，HLn表示了水平方向的高頻、垂直方向的低頻成分，LHn表示的是水平方向的低頻、垂直方向的高頻成分，而子帶HHn則表示了水平和垂直方向的高頻成分。具體的分解過程如圖2所示。

3.2仿真環(huán)境

仿真環(huán)境指的是為了得出更準(zhǔn)確有效的壓縮方法而進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)后，得出的格式更為標(biāo)準(zhǔn)的圖像壓縮技術(shù)，仿真環(huán)境的效果可以直接影響仿真結(jié)果。

3.3仿真結(jié)果

支持向量機(jī)的懲罰參數(shù)C=100，核參數(shù)σ2，預(yù)置錯(cuò)誤率范圍ε=0.05，3種圖像的壓縮結(jié)果如圖3所示，本研究圖像壓縮方法可以得到很好的壓縮效果。

3.4與其他圖像壓縮方法結(jié)果比較

表1中顯示的是與小波變換和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對(duì)比的結(jié)果圖，壓縮比相同的情況下，任何圖像在使用這個(gè)方法進(jìn)行壓縮后，圖像的保障度都會(huì)比較高，質(zhì)量與之前相比也得到了大幅度的提高，足以證明這樣的壓縮方法在仿真方面的高超技能。表中顯示的結(jié)果也表明：可以在進(jìn)行圖像壓縮技術(shù)的同時(shí)，將小波變換和支持向量機(jī)結(jié)合使用，這樣更能夠針對(duì)比例較大的壓縮工作，不僅能夠獲得更清晰的結(jié)果，還能夠增強(qiáng)壓縮性能［3］。

4　結(jié)語

數(shù)字圖像的壓縮處理技術(shù)是一種專業(yè)性比較強(qiáng)，原理及操作過程都相對(duì)復(fù)雜的技術(shù)。數(shù)字圖像壓縮技術(shù)在未來的發(fā)展?jié)摿κ菬o法估量的，在計(jì)算機(jī)時(shí)代，數(shù)字圖像占據(jù)了很大的市場(chǎng)，數(shù)字圖像的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)也會(huì)在國(guó)際上得到科學(xué)的提升。

［1］ 張少迪，孫宏海.遠(yuǎn)距離激光光斑位置高精度測(cè)量方法［J］.中國(guó)激光，2012，（05）：23-25.

［2］ 楊曉，楊學(xué)友，葉聲華.低碼率下任意形狀感興趣區(qū)域編碼［J］.光學(xué)精密工程，2012，（02）：77-79.

［3］ 楊多星，劉蘊(yùn)紅.基于概率補(bǔ)償?shù)臒o哈夫曼樹變長(zhǎng)壓縮編碼［J］.微電子學(xué)與計(jì)算機(jī)，2011，（09）：88-90

Application and research of digital image compression technology

ZHOUJing
（Institute ofAutomation，HeilongjiangAcademyofSciences，Harbin 150090，China）

Redundancy compression method and the entropy compression method are widely used in image compression，digital，and have been widely used in daily life.The working principle of the digital image is the image into the computer digits，and common used algorithm is shape adaptive discrete wavelet transform method，Egger method，and shape adaptive DCT（SA-DCT）algorithm.Through the final calculation，the best simulation application studyon effect ofwavelet transformimage compression technologycan be extended.

Digital image；Compression technology；Application

圖3　輸入及解壓圖像Figure 3 input and decompressed image

TP391.41

A

1674-8646（2015）04-0038-02

2015-01-14

周晶（1987-），女（滿族），黑龍江虎林人，學(xué)士，助理工程師，主要從事計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)方向的研究。