本站原创[摘 要]图像压缩时当今图像处理的一个很有研究价值的分支,通过压缩技术把数据量降下来,以压缩的形式存储和传输.这样既节约了存储空间,又提高了通信干线的传输效率.因此,寻找有效的图像数据压缩方法,对拓宽微型计算机的应用范围,提高微机的使用效率都有重要价值.本文在分析数字图像特点的基础上主要从图像压缩的原理、经典和现代图像编码、图像压缩的分类、标准、压缩性能评价等方面对图像压缩技术进行简述.
[关 键 词 ]图像压缩；图像编码；压缩标准
中图分类号：Tp311 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）45-0358-01
0 引言
当今社会正处于高速发展的信息时代,而信息本身就需要进行存储、图像信息是人类认识世界和感知世界的重要源泉.图像具有确切性、直观性、高效性、时空性等特征,图像信息的这些特性导致它的数据量特别庞大.图像压缩就是对数值矩阵进行处理,用相对少的数据来表示这个数值矩阵.这个过程要在图像数据存储、处理和传输之前进行,在这之后要对压缩过的图像进行解压缩来重建图像,这就是图像压缩和解压缩,也称图像编码和图像解码.
1.图像压缩的原理
从信息论的观点来看,图像作为一个信源,描述信源的数据是信息量和信息冗余量之和.所以在图像数据的表示中存在着大量的冗余,如时间冗余、空间冗余、知识冗余、视觉冗余等,可以利用图像本身的一些特点和人眼的视觉特性,去除这些冗余数据就可以使原始图像数据量极大的减少,从而解决图像数据量庞大的问题,实现图像数据压缩.
2.经典图像编码
2.1 变换编码
很多图像编码的原理是通过消除图像的冗余度来达到压缩的目的,而变换编码则是改变了冗余度的表达方法,将原始数据用另一种更加紧凑的方法表示,有时可以实现更高的数据压缩.离散余弦变换（DCT）即是一种分形变换编码.DTC的出色之处是能将大部分图像分成像块,使像块的能量集中到少数低频DTC系数上,这样一来DCT可以将图像的能量很大程度的集中在一起,为压缩打下了基础.
2.2 嫡编码
嫡编码的原理是根据消息或消息序列出现概率的分布特性来寻找概率和码字长度间的最优匹配.游程编码、霍夫曼编码和算术编码等都是目前使用较多的嫡编码.
3.现代图像编码
现代图像编码和经典图像编码的区别之处在于它不是像经典图像编码那样尽量去除图像的相关性,而是利用图像的相关性进行编码.
3.1 分形编码
分形编码是一种直接在空间域寻找并最大限度地利用图像的自相似性的编码方法.
3.2 模型基图像编码
模型基图像编码主要是利用图像的区域、轮廓等二维特征以及形状、运动轨迹等三维特征进行建模,然后对图像和模型进行分析得出模型的各种参数,再对参数进行编码传输,解码端则由图像综合恢复出图像.这种编码方式可以实现较高的压缩比,图像的恢复质量也有了大大的提高.
3.3 小波变换技术
小波变换理论是新的数学分支,其基本思想是将原始图像通过一族小波函数转换为小波域的系数,再通过略去某一阈值下的系数,保留部分原始能量保留较多的系数来压缩图像.在小波变换中,图像被分解为不同空间、不同频率的子图像,一幅图像每经过一次小波变换,图像就被分解为四幅大小为原来的四分之一的小块频带区域,再将这四幅子图针对人的视觉特点分别进行不同的编码处理,可以得到比较高的压缩比和好的压缩质量.
4.图像压缩的分类
图像压缩一般根据图像数据是否有丢失分为有损压缩和无损压缩两类,无损压缩是理想的压缩方法（无信息丢失）,也称可逆压缩.有损压缩也称不可逆压缩,经过有损压缩后,重建图像中像素的值和原始图像中对应的像素的值不完全相等,图像会发生畸变.
图像无损压缩编码方法可分为两大类：基于统计概率的算法和基于字典技术的算法.基于统计概率的算法是根据信息论中的变长编码定理和信息嫡的相关知识,用较短的代码代表出现概率大的符号,用较长代码代表出现概率小的符号,从而实现数据压缩.而基于字典技术生成的文件包含的是定长编码,每个码代表原文件中的一个特定序列.
和无损压缩不同的是,有损压缩编码在图像进行解码还原之后的准确度上要求没有那个高,因此会产生一定程度上的失真,但这种编码方式可以提高图像的压缩能力.一般情况下,这种失真人眼看起来可能会比较明显,也可能不明显,不管是哪种,只要在人眼的容忍范围之内,就说明这种压缩时可行的.
5.图像压缩标准
随着图像处理技术的发展,研究人员提出了多种图像压缩标准.常用的图像压缩标准分为静止图像压缩标准和视频图像压缩标准.
目前最常用的静止图像压缩标准是JPEG图像压缩标准.JPEG标准定义基于DCT得有损基本编码系统、面向大规模压缩得扩展的编码系统和面向可逆压缩的无损独立编码系统.JPEG具有有失真和无失真两种编码解码的处理方式,其中无失真得到的解码后图像和原图像数据基本相同,但压缩率较低,而有失真可以实现高的压缩比,但同时可能会导致图像的失真较明显.压缩比的高低可以在算法中改变压缩参数来调整.JPEG标准的计算量不算很大,算法也易于实现,所以具有较好的实用性能.
随着多媒体技术的快速发展和广泛应用,为满足用户对更高压缩效率和对压缩图像的互动性和可伸缩性的要求,JPEG2000应运而生的.
JPEG2000标准可以实现很高的压缩性能,它还具有只对感兴趣区域编码、可进行有损压缩和无损压缩、对错误的鲁棒性、对码流做随机访问等特性.灵活使用这些特征,不仅可以达到很高的压缩比,还可以满足在移动和网络环境下交互操作和可伸缩性的要求.JPEG2000的需求针对性以及技术先进性保证了它光明的应用前景.
6.图像压缩性能的评价
一个图像压缩方法性能的评价主要从两个方面来衡量：压缩比和图像质量评价.压缩比就是原始图像文件大小与压缩后生成文件大小的比值,比值越大,说明压缩率越高.图像质量评价一般是通过保真度准则来判断.保真度准则有两种：客观保真度准则和主观保真度准则.
6.1 客观保真度准则
客观保真度准则是对解码图像和原始图像的误差进行定量计算的一种衡量标准,一般是对整个图像或者图像中的某个指定区域进行某种平均计算得到均方误差.
6.2 主观保真度准则
图像经压缩编码和解码还原之后,图像质量的好坏还有一个直接的评价者就是人眼,因此人的主观印象也是衡量一个图像压缩编码的重要因素.主观保真度准则的实施过程是选定若干评价者对待评图像打分,对这些分数求个平均值可以得到主观评价分.但因为个体评价会受到个人喜好、光线、距离等因素的影响,很难对其制定一个统一的标准,所以图像的主观质量评价方法受到了一定的限制.