圖像壓縮技術(shù)

1、圖像壓縮技術(shù)（系別：生物與化學(xué)工程學(xué)院，學(xué)號(hào)：1101815081，上課時(shí)間：星期日早上1、2節(jié)，）摘要：圖像壓縮就是把圖像文件壓縮變小，同時(shí)圖像的質(zhì)量不可失真到不能接受的程度，以便在一個(gè)給定摘要：圖像壓縮就是把圖像文件壓縮變小，同時(shí)圖像的質(zhì)量不可失真到不能接受的程度，以便在一個(gè)給定的儲(chǔ)存空間中，保存盡可能多的文件，并加快信息在網(wǎng)絡(luò)上的傳遞速度，因此已成為當(dāng)前的一項(xiàng)極其重要的儲(chǔ)存空間中，保存盡可能多的文件，并加快信息在網(wǎng)絡(luò)上的傳遞速度，

2、因此已成為當(dāng)前的一項(xiàng)極其重要的研究課題，進(jìn)展極為迅速。本文闡述了它的基本情況和原理，并介紹了傳統(tǒng)圖像壓縮方法基本概念和小的研究課題，進(jìn)展極為迅速。本文闡述了它的基本情況和原理，并介紹了傳統(tǒng)圖像壓縮方法基本概念和小波變換實(shí)現(xiàn)壓縮圖像原理。波變換實(shí)現(xiàn)壓縮圖像原理。關(guān)鍵詞：圖像壓縮、圖像編碼、小波變換、壓縮比關(guān)鍵詞：圖像壓縮、圖像編碼、小波變換、壓縮比一、傳統(tǒng)的圖像壓縮方法一、傳統(tǒng)的圖像壓縮方法一幅數(shù)字化圖片可以由一信息序列來刻畫。選擇信息序

3、列存在著很多方式。唯一的要求是從信息序列重建出原始圖片的忠實(shí)復(fù)本，并且降低其剩余度。選擇信息及把碼字賦于它們的特殊方法成為專門的壓縮算法。例如，信息可以規(guī)范數(shù)字圖片的每一個(gè)像素的亮度級(jí)，或一組像素的亮度級(jí)，或從一組像素計(jì)算的函數(shù)值。在這里，我們簡(jiǎn)述第一代圖像壓縮方式。編碼方式最初分成有信息損失法和無信息損失法兩類。無信息損失法可以精確地重建出原始圖片，而有損失信息法會(huì)引起失真，但能使它小到可允許的范圍。第二種分類方法是基于圖像是在空間域

4、或變換域進(jìn)行的，在空間域以適當(dāng)方式組合像素值的方法稱為空間域方法。相對(duì)而言，利用像素的變換系數(shù)的方法稱為變換法。如果在空間域及變換域同時(shí)進(jìn)行的壓縮方法稱為混合法。另一種分類方法是基于使壓縮的參量是固定的或是自適應(yīng)的意義而劃分的，而適應(yīng)法是讓參量作為圖像數(shù)據(jù)局部地變化而言的。1、空間法、空間法空間域圖像壓縮可以有六種形式，其中包括脈沖編碼調(diào)制、預(yù)測(cè)編碼、差分脈沖碼調(diào)制、Delta調(diào)制、內(nèi)插編碼及比特平面編碼這六種方法。空間域圖像壓縮的主要

5、特點(diǎn)有：（1）脈沖編碼調(diào)制這種壓縮方法可接受的圖片質(zhì)量是由每像素3比特量化值，壓縮比C=2.6至C=1.0，顫動(dòng)法可以用來改進(jìn)圖像的質(zhì)量，全然沒有利用人的視覺特性。（2）預(yù)測(cè)編碼預(yù)測(cè)法通常不利用人的視覺系統(tǒng)的特性，對(duì)于8比特的規(guī)范形式運(yùn)用兩維預(yù)測(cè)所獲得的壓縮比約為4:1。若預(yù)測(cè)參量以適當(dāng)方式與數(shù)據(jù)自適應(yīng)，則預(yù)測(cè)法便為自適應(yīng)的。例如，一局部性測(cè)量可以定義，則預(yù)測(cè)參量在每一顯著的變化時(shí)可以被修正。用自適應(yīng)修正，壓縮比可以增加百分之一到二十左

6、右。預(yù)測(cè)的特例是差分脈沖編碼調(diào)制。（3）差分脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制可獲得壓縮比為2.5:1，自主適應(yīng)脈沖編碼調(diào)制可使壓縮比達(dá)3：5:1。（4）Delta調(diào)制用這種方法所獲得的壓縮比雖然不高，但方法相當(dāng)簡(jiǎn)單。（5）內(nèi)插編碼最通用的內(nèi)插方法是零階和一階內(nèi)插器，它能獲得大約4:1的壓縮比。高階多項(xiàng)式或樣條函數(shù)也能使用，但是其計(jì)算復(fù)雜性不能證明其結(jié)果的有效性，再則是未利用人的視覺系統(tǒng)的性質(zhì)。（6）比特平面編碼用比特平面編碼法在未涉及人的視覺系

7、統(tǒng)特性時(shí)可以獲得平均壓縮比約為4:1。思想是：在選取好小波基的基礎(chǔ)上將一幅圖像經(jīng)過小波變換分解為一許多不同尺度、方向、空間域上局部變化的子帶圖像。按照這種算法思想把一幅圖像經(jīng)過一次小波變換后分解為4個(gè)子圖像：LL代表原始圖像的特征分量，它包含原始圖像的基本內(nèi)容；LH、HL和HH分別表示垂直向下、水平向右和斜對(duì)角線的高頻特征分量，它們分別包含了圖像數(shù)據(jù)垂直方向、水平方向與斜對(duì)角線方向的邊緣、紋理和輪廓等。這里需要說明的是LL子帶包含了圖像

8、的大部分?jǐn)?shù)據(jù)，隨后的小波變換都是在上一級(jí)變換產(chǎn)生的低頻子帶的基礎(chǔ)上再進(jìn)行小波變換。小波變換實(shí)現(xiàn)圖像壓縮的一般步驟：首先選擇一組合適的正交小波基函數(shù)，目的是保證多級(jí)小波分解時(shí)有正交特性，從而有利于圖像壓縮編碼。其次對(duì)所要處理的圖像進(jìn)行多級(jí)小波分解，把原始圖像分解為低頻分量和水平向下、垂直向右以及斜對(duì)角線的高頻分量。第三，根據(jù)所得到的不同頻率分量分別實(shí)施不同的量化和編碼操作。目前3個(gè)比較經(jīng)典的小波圖像編碼分別是嵌入式小波零樹圖像編碼(EZW

9、)分層小波樹集合分割算法(SPIHT)和優(yōu)化截?cái)帱c(diǎn)的嵌入塊編碼算法(EBCOT)。1、EZSEZS編碼算法編碼算法EZW算法中采用的零樹結(jié)構(gòu)充分利用了不同尺度間小波系數(shù)的相似特性，有效地剔除了對(duì)高頻小波系數(shù)的編碼，極大的提高了小波系數(shù)的編碼效率。EZW算法以極低的復(fù)雜度獲得了高效的壓縮性能，產(chǎn)生的碼流還具有嵌入的特性，支持漸進(jìn)傳輸，因此EZW算法在小波圖像編碼史上就有里程碑式的意義。零樹小波編碼基于三個(gè)關(guān)鍵的思想：（1）用小波變換去相關(guān)

10、；（2）利用小波變換的內(nèi)在自相似性在各級(jí)之間預(yù)測(cè)重要信息的位置；（3）用自適應(yīng)算法編碼進(jìn)行無損壓縮。1）、零樹結(jié)構(gòu)、零樹結(jié)構(gòu)一個(gè)零樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以定義如下：一個(gè)小波系數(shù)x，對(duì)于一個(gè)給定的閾值T，如果|x|T則稱小波系數(shù)x是不重要的。如果一個(gè)小波系數(shù)在一個(gè)粗的尺度上對(duì)于給定的閾值T是不重要的，而且在較細(xì)的尺度上在同樣空間位置處的所有小波系數(shù)對(duì)于閾值T也是不重要的，則稱這些小波系數(shù)形成了一個(gè)零樹。這時(shí)，粗尺度上的小波系數(shù)稱為父節(jié)點(diǎn)，它是樹根

11、，在較細(xì)尺度上相應(yīng)位置上的小波系數(shù)稱為子節(jié)點(diǎn)。采用這種零樹結(jié)構(gòu)可以使得用于描述重要系數(shù)位置的信息大為減少。EZW算法使用了四個(gè)符號(hào)進(jìn)行編碼：零樹根、孤立零點(diǎn)、正重要值、負(fù)重要值。孤立零點(diǎn)表示當(dāng)前系數(shù)值是不重要的，但它的子孫中至少有一個(gè)是重要的。正負(fù)重要值表示當(dāng)前系數(shù)是一個(gè)正負(fù)的重要值。通過這四個(gè)符號(hào)，各子帶按圖1所示的順序?qū)π〔ㄏ禂?shù)進(jìn)行掃描，對(duì)小波系數(shù)進(jìn)行判斷，并將相應(yīng)的符號(hào)放入一個(gè)表中，從而形成了一個(gè)符號(hào)表。2）、基于、基于SAQSA

12、Q的嵌入式編碼的嵌入式編碼在EZW編解碼過程中，始終保持著兩個(gè)列表：主表和副表。主表包括編碼中的不重要的集合或系數(shù)，其輸出信息起到了恢復(fù)各重要值的空間位置的作用；而副表包括編碼中的有效信息，輸出為各重要系數(shù)的二進(jìn)制值。編碼分為主通、副通兩個(gè)過程。在主通過程中，在給定閾值下，主表進(jìn)行掃描編碼，若為重要系數(shù)，則將其幅值加入副表，然后將該系數(shù)在數(shù)組中置為零，這樣當(dāng)閾值減小時(shí)，該系數(shù)不會(huì)影響新零樹的出現(xiàn)；在副通過程中，對(duì)副表中的重要系數(shù)進(jìn)行細(xì)化

13、，細(xì)化過程相當(dāng)于比特平面的編碼過程。零樹結(jié)構(gòu)和SAQ相結(jié)合構(gòu)成的編碼器的工作過程可以概括如下：首先給出初始化閾值，進(jìn)行第一次主掃描，若是重要系數(shù)，則將其幅值加入副表，然后將該系數(shù)在數(shù)組中置為零；接下來進(jìn)行第一次副掃描，細(xì)化重要值的表示。更新閾值進(jìn)行新一輪主掃描，對(duì)已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的重要小波系數(shù)的位置不再掃描；主掃描結(jié)束，進(jìn)入副掃描，對(duì)原已發(fā)現(xiàn)的重要值和新發(fā)現(xiàn)的重要值進(jìn)行細(xì)化處理。重復(fù)上述過程，直到滿足要求為止。EZW的編碼思想是不斷掃描變換后的