浅谈数字图像压缩编码技术

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浅谈数字图像压缩编码技术

Introduction to the Digital Image Compression Technology

阴躲芬 李一民 王英妹 王 林

Yin Duofen Li Yimin Wang Yingmei Wang Lin
（昆明理工大学信息工程与自动化学院，云南 昆明 650051）

(Faculty of Information and Automation, Kunming University of Science and Technology, Yunnan
Kunming 650051)

摘 要: 本文论述了数字图像压缩编码技术的必要性和可行性.介绍了三种压缩编码方式 （信息保持编码、保真度编码、

特征提取），并对具体的编码方法进行了分类 （平均信息法、预测编码法、变换编码方法等），最后对图像压缩编码技
术的发展方向进行了展望。

关键词: 图像压缩编码;信息保持编码;保真度编码;特征提取;平均信息法;预测编码法;变换编码
中图分类号：TP24 文献标识码：A 文章编号：1671-4792-(2008)1-0035-02

Abstract: This paper presents the Necessities and Feasibilities of Digital images compression coding
Technology, and introduces three patterns of compression coding(information maintain coding, fidelity coding,

character abstraction),and classifies specific coding methods(average information technique, forecast coding
technique, transform coding technique and so on),finally, prospects the development orientation of the images

compression coding technology.
Keywords: Images Compression Coding; Information Maintain Coding; Fidelity Coding; Character Abstraction;

Average Information Technique; Forecast Coding Technique; Transform Coding Technique

0 引言 代替原有冗余的描述。一个好的压缩编码方案就是能够最大

众所周知，图像信号的数字化在制作、复制、存储、传 限度地去除图像中的冗余信息。另外，由于图像最终是由人

输、发射等方面具有一系列优点。然而数字化的图像数据量 眼(或通过观测仪器)来观看的，根据视觉生理、心理特性，

却相当庞大。例如，地球资源卫星的一张图像就要2340 × 可以允许图像经过编解码以后的复原图像有一定的失真，只

3240×7×4(4帧)≈≈212Mbit，卫星每天要获取很多这样 要这种失真为一般观众难以觉察，或者能够接受。总之，图

的图片，如果不压缩直接传输到地球将是非常费时的。

像编码利用图像固有的统计特性(信源特性)，以及视觉生

大数据量的图像信息会给存储器的存储容量、通信干线 理、心理学特性(信宿特性)，或者记录设备和显示设备 (如

信道的带宽，以及计算机的处理速度增加极大的压力。单纯 电视监视器)等的特性，从原始图像中经过压缩编码提取有

靠增加存储容量、提高信道带宽以及计算机的处理速度等方 效的信息，尽量去除无用的或用处不大的冗余信息，以便高

法来解决这个问题是跟不上需求的，因此就需要对图像进行 效率地进行图像的数字传输或存储，而在复原时仍能获得与

压缩处理。图像数据压缩的可能性是因为图像中像素之间， 原始图像相差不多的复原图像。这就好像将牛奶中的水分去

行或帧之间都存在着较强的相关性。从信息论的角度来看， 掉(压缩)制成奶粉，在需要时将水倒进去(解码)又做成牛奶

压缩就是去掉信息中冗余，即保留确定的信息，去掉不确定 一样。

的信息(可推知的)，也就是用一种更接近信息本质的描述来 1 常用图像压缩编码方式

图像数据压缩的主要目的是节省图像存储空间、减少传

输信道的容量、缩短图像加工处理时间。针对不同的应用目
★教育部春晖计划基金项目组 [14051095]

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的可以使用不同的压缩方法。在数字图像处理领域中常用的 样法，方块编码、混和编码、矢量量化和LZW算法等。

编码有以下三种: 值得注意的是，近些年来出现了很多新的压缩编码方
术 技 码 编 缩 压 像 图 字 数 谈 浅
(1)信息保持编码 法，如使用人工神经元网络的压缩编码算法，分形、小波、

该类编码技术主要应用于图像数字存储方面。该类编码 基于对象的压缩编码算法和基于模型的压缩编码算法等等。

技术要求能够最大限度的压缩图像大小，而且解码后能够无 3 结束语

失真的恢复图像信息。 一个压缩编码方法优劣主要有三个重要的衡量指标:①

(2)保真度编码 压缩比要高，有几倍、几十倍，也有几百乃至几千倍; ②压

该类编码主要应用于数字电视技术和静止图像通信方 缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实现容易; ③解压缩的

面。这些图像

受传输信道容量的限制，接受图像信息的信宿 图像质量要好。在进行图像压缩编码的时候，人们总是希望

又往往是人眼，过高的空间分辨率和过多的灰度层次不仅仅 选择压缩比大，恢复效果好且速度快的算法。实际的研究表

增加了数据量，且人眼无法接收。因此可以在编码过程中丢 明，图像数据实际被压缩多少，不但取决于所采用的方法，

失一些对信宿无用或者用处不大的信息。 而且与给定图像的结构、分布、相关性和特征匹配等冈素有

(3)特征提取 关。为了使压缩方法更为有效，应首先了解原始图像的性质，

在图像识别和分析、分类等技术中，往往并不需要全部 然后选择合适的方法。小波变换、分形和神经网络作为第二

的图像信息。例如，在文字识别过程中，不需要知道文字的 代图像压缩编码方法，由于具有更高的压缩比和图像恢复质

具体灰度值，只要能够将文字和背景色区分开就可以了。因 量，受到了人们越来越多的重视，具有广阔的应用空间，但

此，只要对需要的特征信息进行编码，就可以压缩图像数据 由于理论还不完善，在实际应用中还存在许多问题。解决的

量。显然，特征提取编码也是一种非信息保持编码。 思路一方面继续加深理论的研究，寻找提高编码速度、增大

2 图像压缩编码方法 压缩比、提高图像质量的改进算法; 另一方面，应该走各种

压缩编码的具体方法很多，也有不同的分类方法，其中 编码方法结合的思路。

一种分类可以将图像编码分成以下四类:

(1)平均信息法 参考文献

平均信息法编码是对每个像素单独处理，不考虑像素之 [1]吴乐南.数据压缩[M].北京:电子工业出版社, 2000:

间的相关性。在平均信息法编码中常用的几种方法有：脉冲 1-27.

编码调制、熵编码、行程编码和位平面编码。 [2]黄贤武,王加俊,李家华.数字图像处理与压缩编码技

(2)预测编码法 术[M].成都:成都电子科技大学出版社,2002,12,1.

预测编码法是利用相邻像素之间的相关性，去掉图像中 [3]崔屹.图像处理与分析—数学形态学方法及应用[M].

冗余的信息，只对有用的信息进行编码。常用的预测编码方 北京:科学出版社,2000:15-29.

法有增量ΔM、微分预测编码以及帧间技术和自适应技术。 [4]张春田,苏育挺，张静.

数字图象压缩编码[M].北京:

(3)变换编码方法 清华大学出版社，2006,9,1.

预测编码认为冗余度是数据固有的，通过对信源建模来 [5]贾永红.数字图象处理[M].武汉:武汉大学出版社，

尽可能精确地预测源数据，去除图像的时间冗余度。但是冗 2003,1.

余度有时与不同的表达方法也有很大的关系，变换编码是将

原始数据“变换”到另一个更为紧凑的表示空间，去除图像 作者简介

的空间冗余度，可得到比预测编码更高的数据压缩。所以变 阴躲芬 （1983—），女，昆明理工大学信息工程与自动

换编码是指将给定的图像变换到另一个数据域(如频域)上， 化学院，在读硕士研究生，主要研究方向: 数字图像处理，

使得大量的信息能用较少的数据来表示，从而达到压缩目的 电子商务系统开发;

的方法。 李一民，教授，博士;

(4)其他编码法 王英妹，女，在读硕士研究生;

其他的编码方法也有很多，如内插法中的低取样和亚取 王林，男 ，在读硕士研究生。

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