图像压缩编码研究意义现状及发展

图像压缩编码研究意义现状及发展

1研究的意义 (1)

2研究的现状与发展 (2)

1研究的意义

科学实验表明，人类从外界获取的知识之中，有80%是通过视觉得到的。眼睛获取的是图像信息，一幅图胜过千言万语，图像信息是人类认识世界及人类自身的重要源泉。目前人们所得到的图像主要来源于自然景物，大多通过某些数字产品例如数码相机、数字摄像机等设备，我们能够将自然景物连续变化的模拟量进行数字量化，从而得到以文件形式存在的图像数据。图像以数字形式处理和传输，具有质量好、成本低和可靠性高的特点，因而很适合于网络的传输，但是数字图像的数据量非常巨大，如果不经过压缩，它将成为数字图像传输和存储的巨大瓶颈。因此图像压缩编码技术应运而生，这就使图像通信这一技术领域进入了一个革命性的发展时期。

例如，一张A4（297mm×210mm）大小的照片，若用分辨率300dpi的扫描仪按真彩色扫描，其数据量为：共有(300×297/25.4) ×(300×210/25.4)个象素，如果每个象素占3个字节，其数据量大约为26M字节，其数据量之大可见一斑。

大数据量的图像信息会给存储器的存储容量，通信干线信道的带宽，以及计算机的处理速度增加极大的压力。在存储压力方面，不言自明，一张中等分辨率扫描仪扫描的A4照片能达到26M字节，单纯靠增加存储器容量是不现实的，而图像压缩就可以很好解决这个问题。在传送图像角度来考虑，则更加要求图像处理压缩。一是限制性，有些图像采集是有限制的，如预测天气的即时卫星云图，一定时间内大量图像来不及存储就会丢失信息；二是在有限的传输信道带宽的前提下，很显然采用压缩编码技术，能有效的提高通信速度。

综上所述，由于图像数据量的日益庞大与存储介质容量、通信信道带宽大小的矛盾的一直存在，而仅仅靠增加存储器容量或者提高传输信道带宽又是无法彻底解决这个问题的，因此，减少传输数据量，是解决这个矛盾的最好办法，这依赖于高质量的图像处理、图像压缩技术。

利用分形进行图像编码比较有效的方法是1984年M.F.Barnsley提出的迭代函数系统（Iterated Function System,简称IFS）。它是一种利用块间自相似性来减少像素冗余的新型压缩技术，被公认为第二代压缩技术三大方法之一，通过局部和全局相关去除冗余的新思路，突破了以往压缩编码的界限，具有较大潜力。分形编码的高压缩比、解压缩时的高速度以及不受分辨率影响的特点使分形编码技术已越来越多地应用于多媒体技术。随着分形图像压缩技术的不断改进和完善，它在图像压缩中将越来越显示出优势。令人遗憾的是，由于运算复杂度太大、压缩时间较长、收敛过程较难预测和控制、高压缩倍率时的块状效应等困难，它在当前图像压缩编码中还不占主导地位，如何能真正发挥它的潜力是当前值得讨论的问题。VC++软件在图像处理方面有自身的优势，它是微软推出的开发Win32环境程序的编程系统，提供了丰富的位图操作函数，为图像处理带来极大的方便。本文也将对此进行论述。

2研究的现状与发展

图像压缩编码技术最早始于20世纪40年代末，自1948年提出的电视信号数字化，至今己有将近60年的历史，相继提出了诸如DPCM、DCT、VQ等压缩算法。20世纪五六十年代的图像压缩编码技术由于受到电路技术的制约，仅仅停留在预测编码、亚采样以及内插复原等技术的研究。1969年在美国召开的第一界“图像编码会议”标志着图像编码作为一门独立学科的诞生。到了七八十年代，图像压缩技术的主要成果体现在变换编码技术上，矢量量化编码技术也有较大的发展。80年代末，小波变换理论、分形理论、人工神经网络理论、视觉仿真理论的建立，人们开始突破传统的信源编码理论，图像压缩编码向着更高的压缩率和更好的压缩质量的方向发展，进入了一个崭新的发展时期。但图像压缩编码技术真正走向实用化、产业化并得到飞速发展则是最近10年的事，并已经出台了基于DCT等技术的国际压缩标准，如JPEG、MPEG等均得到了较为广泛的实际应用。

目前，图像压缩已经发展到第二代压缩技术。第一代图像编码技术（以JPEG

为代表）是指以信息论和数字信号处理技术为理论基础，旨在取出图像数据中的线性相关性的一类编码技术。这类技术去除客观和视觉的冗余信息的能力已接近极限，其压缩比不高，同时存在人眼视觉系统的特性不易被引入到压缩算法中等缺点。而第二代图像压缩编码技术是指不局限与Shannon信息论的框架，要求充分利用人的视觉生理、心里特征和图像信源的各种特性，能获得高压缩比的一类编码技术。

近年来，图像技术发展迅速、相应的编码标准也应运而生。大致列举如下：1）JPEG标准（Joint Photogaphic Expersts Group），1991年提出，主要是针对静止图像的压缩标准。

2）JPEG2000标准，1997年提出，1999年完成，JPEG2000是基于小波变换的静止图像压缩标准，不仅有更优秀的压缩性能，而且有更丰富的处理能力。

3）H.261又称为P*46，其中P为46kb/s的取值范围，是1到30的可变参数，它最初是针对在ISDN上实现电信会议使用，特别是面对面的可视电话和视频会议而设计的.实际的编码算法类似于MPEG算法，但是不能与后者兼容。

H.261在实时编码时比MPEG所占用的CPU运算量少得多，此算法为了优化带宽占用量，引进了在图像质量与运动幅度之间的平衡机制，也就是说，剧烈运动的图像比相对静止的图像质量要差。因此这种方法是属于恒定码流可变质量编码而非恒定质量可变码流编码。

4）H.263是国际电联ITU-T的一个标准草案，是为低码流通信而设计的。但实际上这个标准是可用在很宽的码流范围的，而非只用于低码流应用，它在多种应用中可以认为被用于取代H.261。H.263的编码算法与H.261一样，但做了一些改善和改变，以提高性能和纠错能力。H.263标准在低码率下能够提供比H.261更好的图像效果。

5）M-JPEG(Motion-joint Photographic Experts Group)技术，即运动静止图像压缩技术，把运动的视频序列作为连续的静止图像来处理，这种压缩方式单独完整地压缩每一帧，在编辑过程中可随机存储每一帧，可进行精确到帧的编辑。

6）MPEG-4标准，制定于1998年，MPEG-4是为了播放流式媒体的高质量视频而专门设计的，它可利用很窄的带宽，通过帧重建的技术，压缩和传输数据，以求使用最少的数据获得最佳的图像质量。支持固定和可变速率视频编码，目的