图像编解码技术及应用学习资料

图像编解码技术及应用

1．图像编解码技术概论：

在当前的图像压缩领域中常用的技术有：BMP、EPS、GIF、JPG、PDF、PIC、PNG、PSD、TIF。上述技术间的差异主要存在于图像编解码的算法不同，通过对算法的研究可以使我们更加容易的理解图像压缩的原理。

位图格式（BMP）是在DOS时代就出现的一种元老级文件格式，因此它是DOS 和WINDOWS操作系统上的标准的WINGDOWS点阵图像格式，以此文件格式存储时，采用一种非破坏性的RLE压缩,不会省略任何图像的细部信息。

EPS是最常见的线条稿共享文件格式，它是以PostScript语言为开发基础，所以EPS文件能够同时兼容矢量和点阵图形，所有的排版或图像处理软件如PageMaker或Illustrator等，都提供了读入或置入EPS格式文件的能力，而且RGB和CMYK对象也可以保有各自的原始的色彩模式。

GIF应该是在网络上最常见的一种压缩文件格式，它的英文全名Graphic Interchange format，当初研发的目的是为了最小化电缆上的传输，因此能采用LZW方式进行压缩，但可显示的颜色范围只局限于256索引色，目前所采用的GIF 图形共有两种格式：87a和89a，常见于网页上建议的小动画制作，其中GIF89a 还可提供透明色效果，点阵图形，灰度图形或者索引颜色模式皆可存储为此种文件格式

JPG跟GIF一样为网络上最常见道的图像格式，其英文正式名称为Joint Photographic Experts Group，它是以全彩模式进行显示色彩，是目前最有效率的一种压缩格式，常用于照片或连续色调的显示，而且没有GIF去掉图像细部信息的缺点，但需要注意的是此类图像需要自行设置压缩程度，在打开时JPG图像会自动解压缩，不过要注意的是JPG采用的压缩是破坏性的压缩，因此会在一定程度上减损图像本身的品质。

PDF是Adobe公司近几年权力推行的一种文件格式，它已Post Level2语言

为其开发基础，同时可显示矢量及点阵的数码图形，同时还具有文件搜寻及网上预览的功能，即所谓电子化文件的观念，我们只要利用PageMaker或Illustrator 设计完成一个出版文件，并以PDF格式输出便可发送出去，不会有分色、装订和印刷的烦恼，而且可适用相当多的平台，如Macintosh、Windows、UNIX以及DOS。PDF文件的浏览器为Acrobat Reader。

PIC是苹果（Macintosh）操作系统的标准文件格式，以QuickDraw显示语言为开发基础，是少数可以同时支持矢量和点阵的图像类型，利用Macintosh 色彩上的优势，PIC可以支持任何颜色深度，尺寸及分辨率，甚至可支持到32位的图像。

PNG是由GIF衍生出来的一种新的图像格式，似乎有取代GIF的趋势，同样适用于网页图像显示，同时采用非破坏性的压缩方式来缩减文件大小，在传输时亦可以渐次的方式将接收到的图像显示出来，不必苦等数据传输完毕后才能一窥全貌。

PSD是Photoshop中的标准文件格式，是Adobe公司为Photoshop量身定做的定制格式，也是唯一支持Photoshop所有功能的文件类型，包括图层、通道、路径等，在存储时会进行非破坏性压缩以减少存储空间，打开时速度也较其他格式快些，在作品未定稿前强烈建议以此种文件格式存储，以便日后修改。

TIF是由Aldus公司早期所研发的一种文件格式，至今仍然是图像文件的主流格式之一，同时横跨苹果（Macintosh）和个人电脑（PC）两大操作系统平台，可以说是跨平台操作的标准文件格式，而且也广泛支持图像打印的规格，如分色的处理功能，它所使用的是一种LZW的非破坏性压缩。遗憾的是不支持矢量图形。

2．BMP、GIF、JPEG图像编解码详解：

一、行程长度压缩

原理是将一扫描行中的颜色值相同的相邻像素用一个计数值和那些像素的颜色值来代替。例如:aaabccccccddeee，则可用3a1b6c2d3e来代替。对于拥有

大面积，相同颜色区域的图像，用RLE压缩方法非常有效。由RLE原理派生出许多具体行程压缩方法:

1.PCX行程压缩方法: 该算法实际上是位映射格式到压缩格式的转换算法，该算法对于连续出现1次的字节Ch，若Ch>0xc0则压缩时在该字节前加上0xc1，否则直接输出Ch，对于连续出现N 次的字节Ch，则压缩成0xc0＋N，Ch这两个字节，因而N最大只能为ff－c0=3fh(十进制为63)，当N大于63时，则需分多次压缩。

2.BI_RLE8压缩方法:在WINDOWS的位图文件中采用了这种压缩方法。该压缩方法编码也是以两个字节为基本单位。其中第一个字节规定了用第二个字节指定的颜色重复次数。如编码 0504表示从当前位置开始连续显示5个颜色值为04的像素。当第二个字节为零时第二个字节有特殊含义:0表示行末;1表示图末;2转义后面2个字节，这两个字节分别表示下一像素相对于当前位置的水平位移和垂直位移。这种压缩方法所能压缩的图像像素位数最大为8位(256色)图像。

3.BI_RLE压缩方法: 该方法也用于WINDOWS位图文件中，它与 BI_RLE8编码类似，唯一不同是:BI_RLE4的一个字节包含了两个像素的颜色，因此，它只能压缩的颜色数不超过16的图像。因而这种压缩应用范围有限。

4.紧缩位压缩方法(Packbits):该方法是用于Apple公司的Macintosh机上的位图数据压缩方法， TIFF 规范中使用了这种方法，这种压缩方法与BI_RLE8压缩方法相似，如1c1c1c2132325648 压缩为:83 1c 21 81 32 56 48，显而易见，这种压缩方法最好情况是每连续128个字节相同，这128个字节可压缩为一个数值7f。这种方法还是非常有效的。

二、霍夫曼编码压缩:

也是一种常用的压缩方法。是1952年为文本文件建立的，其基本原理是频繁使用的数据用较短的代码代替，很少使用的数据用较长的代码代替，每个数据的代码各不相同。这些代码都是二进制码，且码的长度是可变的。如: 有一个原始数据序列，ABACCDAA则编码为A(0)，B(10)，C(110),(D111)，压缩后为010011011011100。产生霍夫曼编码需要对原始数据扫描两遍，第一遍扫描要精确地统计出原始数据中的每个值出现的频率，第二遍是建立霍夫曼树并进行编