摘 要：在圖像壓縮的領(lǐng)域，存在各種各樣的壓縮方法。不同的壓縮編碼方法在壓縮比、壓縮速度等方面各不相同。本文從壓縮方法分類(lèi)、壓縮原理等方面分析了人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)壓縮、正交變換等壓縮編碼方法的實(shí)現(xiàn)與效果。

關(guān)鍵詞：圖像壓縮； 編碼； 方法

圖像壓縮編碼一般可以大致分為三個(gè)步驟。輸入的原始圖像首先需要經(jīng)過(guò)映射變換，之后還需經(jīng)過(guò)量化器以及熵編碼器的處理最終成為碼流輸出。

一、圖像壓縮方法的分類(lèi)

1.按照原始信息和壓縮解碼后的信息的相近程度分為以下兩類(lèi)：（1）無(wú)失真編碼又稱(chēng)無(wú)損編碼。它要求經(jīng)過(guò)編解碼處理后恢復(fù)出的圖像和原圖完全一樣，編碼過(guò)程不丟失任何信息。如果對(duì)已量化的信號(hào)進(jìn)行編碼，必須注意到量化所產(chǎn)生的失真是不可逆的。所以我們這里所說(shuō)的無(wú)失真是對(duì)已量化的信號(hào)而言的。特點(diǎn)在于信息無(wú)失真，但壓縮比有限。（2）限失真編碼中會(huì)損失部分信息，但此種方法以忽略人的視覺(jué)不敏感的次要信息的方法來(lái)得到高的壓縮比。圖像的失真怎么度量，至今沒(méi)有一個(gè)很好的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。在由人眼主觀判讀的情況下，唯有人眼是對(duì)圖像質(zhì)量的最有利評(píng)判者。但是人眼視覺(jué)機(jī)理到現(xiàn)在為止仍為被完全掌握，所以我們很難得到一個(gè)和主觀評(píng)價(jià)十分相符的客觀標(biāo)準(zhǔn)。目前用的最多的仍是均方誤差。這個(gè)失真度量標(biāo)準(zhǔn)并不好，之所以廣泛應(yīng)用，是因?yàn)榉奖恪?/p>

2.按照?qǐng)D像壓縮的方法原理可分為以下三類(lèi)：（1）在圖像編碼過(guò)程中映射變換模塊所做的工作是對(duì)編碼圖像進(jìn)行預(yù)測(cè)，之后將預(yù)測(cè)差輸出供量化編碼，而在接受端將量化的預(yù)測(cè)差與預(yù)測(cè)值相加以恢復(fù)原圖，則這種編碼方法稱(chēng)為預(yù)測(cè)編碼。預(yù)測(cè)編碼中，我們只對(duì)新的信息進(jìn)行編碼。并且是利用去除鄰近像素之間的相關(guān)性和冗余性的方法來(lái)達(dá)到壓縮的目的。（2）若壓縮編碼中的映射變換模塊用某種形式的正交變換來(lái)代替，則我們把這種方式的編碼方法稱(chēng)為變換編碼。在變換編碼中常用的變換方法有很多，我們主要用到的有離散余弦變換（DCT），離散傅立葉變換（DFT）和離散小波變換（DWT）等。（3）混合編碼，LZW算法以及近些年來(lái)的一些新的壓縮編碼方法，最主要的有分形編碼算法、小波變換壓縮算法、基于模型的壓縮算法等。

3.按照壓縮對(duì)象來(lái)分，我們可將圖像壓縮方法分為靜止圖像壓縮和運(yùn)動(dòng)圖像壓縮。它們所采用的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)有所不同，對(duì)于靜止圖像壓縮而言，采用的是JPEG、JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)；而對(duì)運(yùn)動(dòng)的圖像進(jìn)行壓縮時(shí)，我們則采用的是H.261、H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7等。

二、常用的圖像壓縮方法

圖像壓縮方法至研究開(kāi)始至今，已經(jīng)有將近70年的發(fā)展了，隨著科技的不斷發(fā)展和人們?cè)絹?lái)越高的期望和要求，使得圖像壓縮技術(shù)也在不斷的發(fā)展著，不斷的進(jìn)步著，各種各樣的方法層出不窮，爭(zhēng)對(duì)不同的要求我們可以選擇不同的方法對(duì)圖像進(jìn)行壓縮，以達(dá)到更加顯著的效果。

1.行程編碼壓縮。由于一些圖像的內(nèi)部相鄰像素間會(huì)存在較大的相關(guān)性，因此我們可以通過(guò)利用“空間差分”的方法來(lái)消除圖像存在于空間上的冗余度。我們稱(chēng)基于此原理的圖像壓縮方法為行程編碼壓縮。行程編碼壓縮在進(jìn)行文件壓縮時(shí)是非常簡(jiǎn)便的。它的特點(diǎn)在于把一些列中存在的重復(fù)值用一個(gè)單獨(dú)的值再加上一個(gè)計(jì)數(shù)值來(lái)代替。實(shí)現(xiàn)這種方法是比較簡(jiǎn)單的，且爭(zhēng)對(duì)于有重復(fù)值的字符串的壓縮是十分有效的。比如對(duì)有大面積的連續(xù)陰影或是有大面積相同色彩的圖像而言，使用行程編碼的壓縮方法是非常有效的。在TIFF、PCX、GEM等格式的圖像中也經(jīng)常使用這種壓縮方法。

2.正交變換壓縮編碼。這項(xiàng)技術(shù)中，由于變換環(huán)節(jié)是對(duì)原始圖像作正交變換，故稱(chēng)為正交變換編碼壓縮。在實(shí)際的圖像壓縮應(yīng)用中，我們常常用到的正交變換有DFT、DCT、奇異值分解變換（SVT）、哈爾變換（HRT）、小波變換

在發(fā)端，我們可將原始圖像分成若干個(gè)大小相同的子圖像，然后再對(duì)每個(gè)子圖像分別作正交變換，最后取出存在于變換結(jié)果陣列中的一些主要陣元，對(duì)其進(jìn)行量化和編碼處理，最終可達(dá)到有效傳輸?shù)哪康摹Ｔ谑斩?，解碼器會(huì)對(duì)收到的每一個(gè)信號(hào)都進(jìn)行解碼，其中一些沒(méi)有被傳輸?shù)年囋獙?huì)被系統(tǒng)用零元代替，之后系統(tǒng)再依次對(duì)每個(gè)子陣列進(jìn)行相應(yīng)的反變換，最終可通過(guò)將各個(gè)反變換陣列拼接起來(lái)的方法來(lái)得到重建圖像。此方法會(huì)因?yàn)樵诎l(fā)端變換結(jié)果中的某些陣元沒(méi)有被傳輸，并且系統(tǒng)已經(jīng)對(duì)被傳輸?shù)年囋M(jìn)行了量化，所以它是存在一定失真的。

3.基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的壓縮技術(shù)。利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)壓縮是當(dāng)前相關(guān)領(lǐng)域的熱門(mén)研究方向。人的大腦是一個(gè)由諸多神經(jīng)元構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)元的生理功能比較簡(jiǎn)單，通過(guò)各種類(lèi)型的互聯(lián)，并傳遞電化學(xué)信息，能完成各種復(fù)雜的功能?，F(xiàn)在人們對(duì)大腦的了解還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠深入，腦科學(xué)是當(dāng)前一個(gè)非常重要的研究?jī)?nèi)容。人們基于對(duì)生物神經(jīng)系統(tǒng)的研究，根據(jù)現(xiàn)有的知識(shí)，許多學(xué)者在不同的階段提出了許多不同功能和結(jié)構(gòu)的神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，以及相關(guān)理論，這些成果稱(chēng)為人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）及理論。因?yàn)樗暮芏鄡?yōu)點(diǎn)以致于使它在很多領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。它的主要優(yōu)點(diǎn)有如下幾條：（1）具備有相當(dāng)強(qiáng)的自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)和自組織能力；（2）并行分布式存儲(chǔ)和出來(lái)信息，完成任務(wù)速度快；（3）具有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力。

4.算法的改進(jìn)。雖然對(duì)圖像壓縮算法的研究一直在持續(xù)著，但每個(gè)算法都難免會(huì)存在自身的缺陷，所以我們需想辦法對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。在今后圖像壓縮編碼的研究中，我們可以充分利用人眼的視覺(jué)系統(tǒng)，試著將圖像中感興趣的部分對(duì)象提取出來(lái)，對(duì)圖像的內(nèi)部紋理、邊緣部分以及對(duì)象之間的背景部分應(yīng)根據(jù)需要按不同的壓縮比分別對(duì)其進(jìn)行壓縮，以此使圖像壓縮能有更大的壓縮比，這樣就會(huì)更利于傳輸，最終有效的達(dá)到圖像壓縮的目的。

圖像壓縮技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)近70年了，在圖像壓縮領(lǐng)域有著各種各樣的方法，在此已經(jīng)介紹了很多不同的方法，它們都各自有著自己的優(yōu)缺點(diǎn)，我們可以按要求選擇不同的方法已達(dá)到所期望的目標(biāo)。還有幾種重要的方法也需要被我們熟知，那就是基于小波變換的圖像壓縮方法和基于DCT變換的圖像壓縮方法，這兩種方法分別代表了現(xiàn)代和經(jīng)典。小波變換的應(yīng)用非常廣泛，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域、軍事電子對(duì)抗與武器智能化、醫(yī)學(xué)成像與診斷、電腦分類(lèi)與識(shí)別、影響處理等一些列高端或是生活領(lǐng)域均有所涉及。小波變換的壓縮方法憑借其壓縮比高、壓縮速度快，壓縮后能保持信號(hào)與圖像的基本特征不變，而且在傳輸過(guò)程中還可以抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，在圖像壓縮領(lǐng)域也已漸漸成為主流技術(shù)。除了這種現(xiàn)代的壓縮方法，還有一種經(jīng)典的壓縮方法也被人們所熟知，那就是DCT變換的圖像壓縮編碼。DCT變換是最小均方差條件下得到的次最佳正交變換，且已得到廣泛應(yīng)用，并成為許多圖像編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的核心。JPEG圖像格式的壓縮算法采用的就是DCT變換。這種方法之所以被人們所認(rèn)可，因?yàn)槠鋵?shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單、方法靈活、易于操作、圖像壓縮質(zhì)量高等。

參考文獻(xiàn)：

[1]耿玉靜，趙華 《圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀與趨勢(shì)》，中國(guó)科技論文在線，2011年

[2]田勇，丁學(xué)君 《數(shù)字圖像壓縮技術(shù)的研究及進(jìn)展》，Equipment Manufactring Technology，2007年

作者簡(jiǎn)介：曹勇（1993-），男，湖北孝感人，本科在讀，現(xiàn)就讀于西北民族大學(xué)自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)。