張 霞

(1.山東師范大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000；2.泰安市中心醫(yī)院 遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)中心，山東 泰安 271000)

1 圖像壓縮原理

冗余來(lái)自于圖像數(shù)據(jù)本身，也受到主觀因素和外界環(huán)境的影響.經(jīng)過(guò)調(diào)查研究，要實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸就要想辦法去除掉圖像當(dāng)中的冗余信息.常見(jiàn)的數(shù)據(jù)冗余有：

空間冗余主要存在于靜態(tài)圖像當(dāng)中，表現(xiàn)形式為圖案的粗細(xì)程度；時(shí)間冗余是序列圖像中所包含的冗余，取決于圖像隨時(shí)間變化程度；結(jié)構(gòu)冗余把圖像看作是區(qū)域集時(shí)產(chǎn)生的冗余.例如一幅靜態(tài)圖像存在著一大部分區(qū)域是相同的顏色或者有很明顯的分布特點(diǎn)，換句話說(shuō)就是圖像具有較強(qiáng)的規(guī)律性和重復(fù)性；知識(shí)冗余是日常生活中，有很多圖像的理解與某些基礎(chǔ)知識(shí)相關(guān)，應(yīng)用這些先驗(yàn)知識(shí)和背景知識(shí)得到的信息；視覺(jué)冗余指圖像數(shù)據(jù)中普遍存在的冗余.所謂視覺(jué)冗余是相對(duì)于人眼的視覺(jué)特性而言的，對(duì)整體結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)相對(duì)不敏感，不敏感的區(qū)域被人眼視為多余的信息；統(tǒng)計(jì)冗余指圖像是由一連串的像素點(diǎn)構(gòu)成，不同的像素點(diǎn)具有不同的像素值.對(duì)于由一系列像素值構(gòu)成的數(shù)據(jù)，假如某些像素值出現(xiàn)的頻率高，有些出現(xiàn)的頻率卻很低，因這些頻率出現(xiàn)的高低不同造成的不均性就是統(tǒng)計(jì)冗余的表現(xiàn)形式.

2 圖像壓縮方法分類(lèi)

圖像壓縮方法很多，從不同的技術(shù)角度出發(fā)，有不同的分類(lèi)方法.一般來(lái)說(shuō)，根據(jù)對(duì)圖像進(jìn)行重構(gòu)之后，與原來(lái)的圖像對(duì)比存在差異程度可以將圖像壓縮方法分為有損壓縮和無(wú)損壓縮兩種，圖像壓縮分類(lèi)方法如圖1所示.

2.1 有損壓縮

有損壓縮是利用人眼的視覺(jué)特性去除圖像中的冗余信息和對(duì)視覺(jué)不敏感的細(xì)節(jié)分量，以盡可能少的比特來(lái)表示輸入的圖像數(shù)據(jù)，經(jīng)壓縮后的圖像在解壓縮后與原始圖像相比存在一定的誤差，但并不影響觀看.

2.1.1 變換編碼

常見(jiàn)的離散余弦變換就是一種變換編碼技術(shù).所謂的變換編碼就是將圖像當(dāng)中的空域信號(hào)轉(zhuǎn)換到另外的一個(gè)正交空間，在變換的時(shí)候會(huì)形成一些變換系數(shù)，將這些系數(shù)進(jìn)行編碼、量化處理.這樣圖像當(dāng)中的冗余信息減少，圖像的相關(guān)性也會(huì)減少，得到的圖像壓縮效率較高.

圖1 圖像壓縮方法分類(lèi)圖

2.1.2 矢量編碼

矢量量化編碼是把輸入的數(shù)據(jù)幾個(gè)一組地分成許多組，然后成組的量化編碼.它是一種限失真編碼，其原理仍是使用信息論中的率失真函數(shù)理論來(lái)分析.

2.1.3 自適應(yīng)預(yù)測(cè)編碼

預(yù)測(cè)編碼是數(shù)據(jù)壓縮理論的一個(gè)重要分支.它利用離散信號(hào)的相關(guān)性，對(duì)相鄰信號(hào)進(jìn)行預(yù)測(cè)分析，根據(jù)預(yù)測(cè)值與實(shí)際值之間的差異來(lái)編碼.假如使用的預(yù)測(cè)方法準(zhǔn)確，差值就會(huì)很小，就可以使用很少的碼位進(jìn)行編碼，以達(dá)到數(shù)據(jù)壓縮的目的.

2.1.4 小波變換圖像編碼

小波變換圖像編碼是多分辨率編碼方法的一種，是最有發(fā)展前途的數(shù)據(jù)壓縮方法.小波變換在時(shí)域和頻率都具有良好的局部化特性，而且在頻率高的部分使用比較細(xì)的時(shí)域步長(zhǎng)，這樣可以實(shí)現(xiàn)聚集圖像細(xì)節(jié)區(qū)域.

2.2 無(wú)損壓縮

無(wú)損壓縮就是利用圖像的各種冗余進(jìn)行壓縮，可完全恢復(fù)原始圖像數(shù)據(jù)而不會(huì)引起任何失真.無(wú)損壓縮編碼與解碼的過(guò)程是可逆的，因?yàn)橥ㄟ^(guò)無(wú)損壓縮消除冗余，減少的數(shù)據(jù)量，在解碼時(shí)可完全無(wú)失真的進(jìn)行顯示，對(duì)觀察圖像的人沒(méi)有任何影響.

2.2.1 哈夫曼編碼

哈夫曼編碼是一種經(jīng)典的無(wú)損壓縮編碼方法，該算法依據(jù)信源符號(hào)出現(xiàn)的概率來(lái)構(gòu)造碼字，是可變字長(zhǎng)編碼算法的一種.它使用變長(zhǎng)編碼表對(duì)輸入的原信源符號(hào)進(jìn)行編碼，其中，變長(zhǎng)編碼表是通過(guò)一種評(píng)估來(lái)源符號(hào)出現(xiàn)概率的方法得到的，出現(xiàn)概率高的字母使用較短的編碼，反之則使用較長(zhǎng)的編碼，這樣通過(guò)減少字符串的長(zhǎng)度實(shí)現(xiàn)圖像的壓縮.

2.2.2 游程編碼

游程編碼又被稱為行程編碼，是統(tǒng)計(jì)編碼的一種.它使用一個(gè)符號(hào)串來(lái)代替相同的連續(xù)符號(hào)，可以使編碼后的長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于原始長(zhǎng)度.當(dāng)每行每列的代碼發(fā)生改變時(shí)記錄出現(xiàn)的重復(fù)數(shù)，這樣可以方便的實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的壓縮.

2.2.3 算術(shù)編碼

算術(shù)編碼是一種熵編碼方法.它直接把整個(gè)輸入的消息序列編碼為一個(gè)滿足0-1區(qū)間的一個(gè)小數(shù)N.在使用算術(shù)編碼時(shí)，通常先要對(duì)輸入符號(hào)的概率進(jìn)行估計(jì)，然后編碼，如果已給定符號(hào)出現(xiàn)的概率和符號(hào)集合，使用算術(shù)編碼可以給出最好的編碼.因此，算術(shù)編碼的結(jié)果是一個(gè)0-1之間的實(shí)數(shù)，且這個(gè)數(shù)是唯一的，在解碼時(shí)可進(jìn)行精確重構(gòu).

2.2.4 LZW編碼

LZW編碼通過(guò)建立一個(gè)字符串表，實(shí)現(xiàn)字符重用與編碼.它的基本原理是提取原圖像文件當(dāng)中的所有不重復(fù)的字符，構(gòu)成一個(gè)編譯表，之后使用編譯表當(dāng)中的索引替換原文件當(dāng)中的對(duì)應(yīng)字符，減少原始數(shù)據(jù)大小來(lái)實(shí)現(xiàn)圖像的壓縮.

3 圖像壓縮方法的評(píng)價(jià)

在重構(gòu)壓縮后的圖像時(shí)，往往與原圖像間會(huì)有一定誤差，此時(shí)就需要有衡量壓縮圖像質(zhì)量的準(zhǔn)則.

3.1 圖像壓縮比(R)

衡量壓縮比的重要指標(biāo)就是對(duì)圖像的壓縮程度如何，壓縮比越高，則對(duì)圖像的壓縮效率就越高.設(shè)R為壓縮比，則

3.2 均方差(MSE)

本文主要介紹了圖像壓縮算法的原理、分類(lèi)及其評(píng)價(jià)方法，通過(guò)分析可以清楚地了解什么樣的方法適合什么樣的圖像，可以采取什么方式對(duì)壓縮后的圖像進(jìn)行評(píng)價(jià).

[參考文獻(xiàn)]

[1]薩洛蒙.數(shù)據(jù)壓縮原理與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社,2003.

[2]章新友.圖形圖像處理[M].北京：中國(guó)中醫(yī)藥出版社，2008.

[3]宋慶余.數(shù)字圖像[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008.

[4]Rafael.C.Gonzalez,Richd E.Woods.數(shù)字圖像處理[M].北京：電子工業(yè)出版社，2004.

[5]朱虹.數(shù)字圖像技術(shù)與應(yīng)用[M].北京：機(jī)械出版社，2011.