数字图像压缩技术的现状及前景分析

法：ＪＰＥＧｘＪＰＥＧ２０００、分形图像压缩和小波变换图像压缩，总结了不同算法的特点及发展前景。然后描述了任意形状可视对象编码算法的研究
现状。并指出该算法是一种产生高压缩比的图像压缩算法。
【关键词】数字图像；图像压缩；压缩技术；任意形状可视对象编码
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ Ｃｕｒｒｅｎｔ Ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｆｕｔｕｒｅ Ｐｒｏｓｐｅｃｔｓ ｏｆ Ｄｉ西ｔａｌ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＷＡＮＧ Ｈａｌ－ｓｏｎ９１ ２ ＺＨＡＯ Ｊｉｅｌ
３小波变换图像压缩
１ ＪＰＥＧ压缩
１．１ ＪＰＥＧ压缩原理 ＪＰＥＧ算法中首先对图像进行分块处理。一般分成互不重叠的大
小的块，再对每一块进行二维离散余弦变换（ＤＣＴ）。变换后的系数基 本不相关。且系数矩阵的能量集中在低频区，根据量化表进行量化，量 化的结果保留了低频部分的系数，去掉了高频部分的系数。量化后的 系数按ｚｉｇｚａｇ扫描重新组织，然后进行哈夫曼编码【ｌＩ习。 １．２ ＪＰＥＧ压缩的研究状况及其前景
３．Ｉ 小波变换图像压缩原理 小波变换用于图像编码的基本思想就是把图像根据Ｍａห้องสมุดไป่ตู้ｌａｔ塔式
快速小波变换算法进行多分辨率分解。其具体过程为：首先对图像进 行多级小波分解，然后对每层的小波系数进行量化，再对量化后的系 数进行编码。 ３．２小波变换图像压缩的现状 ３．２．１ ＥＺＷ编码器
Ｓｈａｐｉｒｏ引入了小波“零树”的概念，通过定义ＰＯＳ、ＮＥＧ、ＩＺ和 ＺＴＲ四种符号进行空间小波树递归编码，有效地剔除了对高频系数的 编码。极大地提高了小波系数的编码效率。此算法采用渐进式量化和 嵌入式编码模式，算法复杂度低。Ｅｚｗ算法打破了信息处理领域长期 笃信的准则：商效的压缩编码器必须通过高复杂度的算法才能获得， 因此ＥＺＷ编码器在数据压缩史上意义重大。 ３．２．２ ＥＢＣＯＴ编码器
科技信息
ＯＩＴ论坛０
ｓＣ扣刚ｃＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
２０１０年第３期
数字图像压缩技术的现状及前景分析
王海松１－２赵杰１ （１．河北大学电子信息工程学院 河北 保定０７１００２；２．河北工程技术高等专科学校计经系 河北 沧州０６１００１）
【摘要】数字图像压缩技术对于数字图像信息在网络上实现快速传输和实时处理具有重耍的意义。本文介绍了几种常见的图像压缩算
针对ＪＰＥＧ在高压缩比情况下，产生方块效应，解压图像较差，近 年来提出了不少改进方法．最有效的是下面的两种方法： １．２．１ ＤＣＴ零树编码
ＤＣＴ零树编码把ＤＣＴ块中的系数组成ｌ０９２Ｎ个子带，然后用零 树编码方案进行编码。在相同压缩比的情况下，其ＰＳＮＲ的值比ＥＺＷ 商。但在高压缩比的情况下，方块效应仍是ＤＣＴ零树编码的致命弱点１３１。 １．２．２层式ＤＣＴ零树编码
ｉｎｆｏｒｍａ６０ｉｌ ｏｎ ｔｈｅ ｉｎｔｅｒｎｅｔ．Ｔｈｅ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｎＭｕｃｅｓ ｓｅｖｅｒａｌ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｉｍｐｏｒｔ
ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ： ＪＰＥ， Ｇ ＪＰＥＧ２０００ ｆｒａｘ：ｔａｌ ｉｍａｇｅ
，．ａｎｔ
ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｗａｖｅｌｅｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ，ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅｉｒ ａｄｖａｎｔａｇｅ，ｄｉｓａｄｖａｎｔａｇｅ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｐｒｏｓｐｅｃｔ．Ｔｈｅｎ ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｓｉｍｐｌｙ ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏｄｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ａｂｏｕｔ ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｓｈａｐｅ ｖｉｄｅｏ ｏｂｊｅｃｔ，ａｎｄ ｉｎｄｉｃａｔｅｓ ｔｈｅ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｈａｖｅ ａ ｈｉｇｈ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｒａｔｅ．
达到压缩的日的。如果寻得的仿射变换简单而有效，那么迭代函数系 ［４］Ｐ Ｋａｕｔｔ，Ｋ Ｓｃｈｕｕｒ．Ｓｈａｐｅ～ａｄａｐｔｉｖｅ ＤＣＴ ｗｉｔｈ ｂｌｏｃｋ—ｂａｓｅｄ ＤＣ ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ ａｎｄ
统就可以达到极高的压缩比闭。
Ｄｅｌｔａ ＤＣ ｃｏｒｒｅｃｔｉｏｎ ｆ．１１．ＩＥＥＥ Ｔｒａｍ．Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｓｙｓｔ．Ｖｉｄｅｏ Ｔｅｃｈｎ０１．，１９９８，８（３）：２３７－
（１．Ｈｅｂｅｉ Ｕｎｌｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂａｏｄｉｎｇ Ｈｅｂｅｉ，０７１００２，Ｃｈｉｎａ；２．Ｈｅｂｅｉ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｃａｎｇｚｈｏｕ Ｈｅｂｅｉ，０６１００１，Ｃｈｉｎａ）
【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ｏｆ ｓｐｅｃｉａｌ ｉｎｔｒｅｓｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆａｓｔ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ａｎｄ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｐｒｏｃｅｓｓｓｉｎｇ ｏｆ ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ
的图像支持渐进传输，这使用广不必接收整个图像的压缩码流。由于 ＪＰＥＧ２０００采用小波技术，可随机获取某些感兴趣的图像区域（ＲＯＩ）的 压缩码流．对压缩的图像数据进行传输、滤波等操作。 ２．２ ＪＰＥＧ２０００压缩的前景
ＪＰＥＧ２０００标准适用于各种图像的压缩编码。其应用领域将包括 Ｉｎｔｅｍｅｔ、遥感、移动通信、医疗、数字图书馆和电子商务等。ＪＰＥＧ２０００ 图像压缩标准将成为２ｌ世纪的主流静态图像压缩标准。
【Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］Ｄｉｇｉｔａｌ ｉｍａｇｅ；ｈｎａｇｅ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ；Ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ；Ａｒｂｉｔｒａｒｙ ｓｈａｐｅ ｖｉｓｉｂｌｅ ｏｂｊｅｅｔ ｃｏｄｅ
Ｏ引言
随着多媒体和通信技术的快速发展，多媒体信息的传输对数据的 存储和传输提出了更高的要求，也给现有的有限带宽以严峻的考验． 特别是具有庞大数据量的数字图像通信，更难以传输和存储．极大地 制约了图像通信的发展，因此图像压缩技术受到了越来越多的关注。 图像压缩的目的就是把原来较大的图像用尽量少的字节表示和传输， 并且要求复原图像有较好的质鼍。利用图像压缩，可以减轻图像存储 和传输的负担，使图像在网络上实现快速传输和实时处理。
优化截断点的嵌入块编码方法（ＥＢＣＯＴ）首先将小波分解的每个 子带分成一个个相对独立的码块，然后使用优化的分层截断算法对这 些码块进行编码，产生压缩码流，结果图像的压缩码流不仅具有ＳＮＲ 可扩展而且具有分辨率可扩展，还可以支持图像的随机存储。比较而 言，ＥＢＣＯＴ算法的复杂度较ＥＺＷ和ＳＰＩＨＴ有所提高，其压缩性能比 ＳＰＩＨＴ略有提高。
此算法对图像作的ＤＣＴ变换，将低频块集中起来，做反ＤＣＴ变 换；对新得到的图像做相同变换，如此下去，直到满足要求为止。然后 对层式ＤＣＴ变换及零树排列过的系数进行零树编码Ｈ。
ＪＰＥＧ压缩的一个最大问题就是在高压缩比时产生严重的方块效 应，因此在今后的研究中，ＤＣＴ变换产生的方块效应，同时考虑与人 眼视觉特性相结合进行压缩。
像中普遍存在的整体和局部自相关的特点．寻找这种自相关映射美系 ［３］Ｍ Ｂｉ．Ｓ Ｈ Ｏｎｇ。Ｙ Ｈ Ａｎｇ．Ｃｏｍｍｅｎｔ ｏｎ“Ｓｈａｐｅ－ａｄａｐｔｉｖｅ ＤＣＴ ｆｏｒ ｇｅｎｄｃ ｃｏｄｉｎｇ
的表达式，即仿射变换，并通过存储比原图像数据缱小的仿射系数，来 ｏｆ ｖｉｄｅｏ”叭ＩＥＥＥ ７Ｆｒａｎｓ．Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｓｙｓｔ．Ｖｉｄｅｏ Ｔｅｃｈｎ０１．，１９９６，６（６）：６８６—６８８．
分层小波树集合分割算法（ＳＨＨＴ）则利用空间树分层分割方法， 有效地减小了比特面上编码符号集的规模。同ＥＺＷ相比，ＳＰＩＨＴ算法 构造了两种不同类型的空间零树，更好地利用ｒ小波系数的幅值衰减 规律。同ＥＺＷ编码器一样，ＳＰＩＨＴ编码器的算法复杂度低，产生的也 是嵌入式比特流．但编码器的性能较ＥＺＷ有很大的提高。
小波图像压缩被认为是当前最有发展前途的图像压缩算法之一。 小波图像压缩的研究集中在对小波系数的编码问题上。在以后的工作 中．应充分考虑人眼视觉特性，进一步提高压缩比，改善图像质量。并 且考虑将小渡变换与其他压缩方法相结合。例如与分形图像压缩相结 合是当前的一个研究热点。 ３．２．３ ＳＰＩＨＴ编码器
’Ｆｅｃｈｎ０１．，１９９５，５（３）：２５４－２５８． ［２］Ｅ Ｊｅｎｓｅｎ，Ｋ Ｒｉｊｋ，ｅｔ ａ１．Ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ａｒｂｉｔｒａｒｉｌｙ ｓｈａｐｅｄ ｉｍａｇｅ ｓｅｇｍｅｎｔｓ【ｃ】．Ｐｒｏｃ． Ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ｉｎ Ｉｍａｇｅ Ｃｏｄｉｎｇ，Ｂｅｒｌｉｎ，Ｇｅｒｍａｎｙ，１ ９９４： Ｅ２．Ｉ—Ｅ２．４．
虽然分形图像压缩在图像压缩领域还不占土导地位，但是分形图 像压缩既考虑局部与局部．又考虑局部与整体的相关性，适合于自相 似或自仿射的图像压缩，而自然界中存在大量的自相似或自仿射的几
［５］０ Ｅｇｇｅｒ，Ｐ Ｆｌｅｕｒｙ，Ｔ Ｅｂｒａｈｉｍｉ．Ｓｈａｐｅ－ａｄａｐｔｉｖｅ ｗａｖｅｌｅｔ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ ｆｏｒ ｚｅｒｏｔｒｅｅ ｃｏｄｉｎｇ［Ｃ１．Ｐｒｏｅ．Ｅｕｒ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ Ｉｍａｇｅ Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ Ｃｏｄｉｎｇ ｆｏｒ＇ＩＶ，ＨＤＴＶ ａｎｄ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｒｅｎｎｅｓ，Ｆｒａｎｃｅ，１９９６：２０１—２０８． ［６］Ｏ Ｅｇｇｅｒ．Ｒｅｇｉｏｎ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｕｓｉｎｇ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ｔｅｃｈｎｉｃｌｕｅｓ ｗｉｔｈａｐｐｌｉｅａｔｉｏｎｓ ｔｏ ｉｍａｇｅ ａｎｄ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ［Ｄ】．Ｐｈ．Ｄ．ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｓｗｉｓｓ Ｆｏｄｅｆａｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ （ＥＰＦＬ），Ｌａｕｓａｎｎｅ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ，１９９７．
图像压缩技术研究了几十年，取得ｒ很大的进步，但仍有许多不 足，值得进一步研究。小波图像压缩和分形图像压缩是当前研究的热
点，但二者均有各自的缺点，今后应与人眼视觉特性相结合。总之，图 像压缩是一个非常有发展前途的研究领域．这一领域的突破会对信息
生活和通信事业的发展具有深远的影响．ｅ
４．２．１尺码编码方法 尺码编码方法是基ｒ分形几何中利用小尺度度蜃不规则曲线长
４分形图像压缩
万方数据
５３‘‘。。。。‘。。。。。‘。。。‘。。。。。。。。。。。。——
２０１０年 第３期
ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ
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科技信息
４．１分形图像压缩的原理
５总结
分形压缩主要利用自相似的特点，通过迭代函数系统实现。 分形图像压缩把原始图像分割成若干个子图像，然后每一个子图 像对应一个迭代函数，子图像以迭代函数存储，迭代函数越简单，压缩 比也就越大。同样解码时只要调出每一个子图像对应的迭代函数反复 迭代．就可以恢复出原来的子图像，从而得到原始图像。 ４．２分形图像编码技术
度的方法，类似Ｊ：传统的监取样和内插方法．其主要不同之处在于尺 度编码方法中引入了分形的思想，尺度随着图像各个组成部分复杂 性的不同而改变一 ４．２．２迭代函数系统方法
迭代函数系统方法是～种人机交互的拼贴技术．它基７：自然界图
【参考文献】 （１ ＪＴ Ｓｉｋｏｒａ，Ｓ Ｂａｕｅｒ．Ｂ Ｍａｋａｉ．Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｓｈａｐｅ—ｏｄａｐｔｉｖｅ ２一Ｄ ｔｒａｎｓｆｏｒｍ．ｓ ｆｏｒ ｃｏｄｉｎｇ ｏｆ ａｒｂｉｔｒａｒｉｌｙ ｓｈａｐｅｄ ｉｍａｇｅ ｓｅｇｍｅｎｔｓ【Ｊ】ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｃｉｒｃｕｉｔｓ Ｓｙｓｔ，Ｖｉｄｅｏ
２ ＪＥＰＧ２０００压缩
２．１ ＪＰＥＧ２０（）０压缩原理及特点 编码过程主要分为以Ｆ几个过程：预处理、核心处理和位流组织。
顶处理部分包括对图像分片．直流电平（ＤＣ）位移和分量变换。核心处 理部分由离散小波变换、量化和熵编码组成。位流组织部分则包括区 域划分、码块、层和包的组织。
ＪＰＥＧ２０００格式的图像压缩比，可在现在的ＪＰＥＧ基础上再提高 ｌＯ％一３０％，而且雎缩后的图像显得更加细腻平滑。对于目前的ＪＰＥＧ 标准，在同一个压缩码流中不能同时提供有损和无损压缩，而在 ＪＰＥＧ２０００系统中，通过选择参数，能够对图像进行有损和无损压缩。 现在网络上的ＪＰＥＧ图像Ｆ载时是按“块”传输的．而ＪＰＥＧ２０００格式
２４２．
４．２．３ Ａ—Ｅ—Ｊａｃｑｕｉｎ的分形方案
——————＿． Ａ—Ｅ—Ｊａｃｑｕｉｎ的分形方案尼一种全自动的基于块的分形图像压缩
方案，它也是一个寻找映射关系的过程．但寻找的对象域是将图像分 割成块之后的局部与局部的关系。在此方案中还有一部分冗余度可以 去除，而且其解码图像中存在着明显的方块效应。 ４．３分形图像压缩的前景