圖像壓縮編碼研究意義現(xiàn)狀及發(fā)展

1、圖像壓縮編碼研究意義現(xiàn)狀及發(fā)展1研究的意義12研究的現(xiàn)狀與發(fā)展21研究的意義科學(xué)實驗表明，人類從外界獲取的知識之中，有80%是通過視覺得到的。眼睛獲取的是圖像信息，一幅圖勝過千言萬語，圖像信息是人類認(rèn)識世界及人類自身的重要源泉。目前人們所得到的圖像主要來源于自然景物，大多通過某些數(shù)字產(chǎn)品例如數(shù)碼相機、數(shù)字?jǐn)z像機等設(shè)備，我們能夠?qū)⒆匀痪拔镞B續(xù)變化的模擬量進行數(shù)字量化，從而得到以文件形式存在的圖像數(shù)據(jù)。圖像以數(shù)字形式處理和傳輸，具有質(zhì)量好、成本低和可靠性高的特點，因而很適合于網(wǎng)絡(luò)的傳輸，但是數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量非常巨大，如果不經(jīng)過壓縮，它將成為數(shù)字圖像傳輸和存儲的巨大瓶頸。因此圖像壓縮編碼技術(shù)應(yīng)運而生

2、，這就使圖像通信這一技術(shù)領(lǐng)域進入了一個革命性的發(fā)展時期。例如，一張a4（297mm210mm）大小的照片，若用分辨率300dpi的掃描儀按真彩色掃描，其數(shù)據(jù)量為：共有(300297/25.4) (300210/25.4)個象素，如果每個象素占3個字節(jié)，其數(shù)據(jù)量大約為26m字節(jié)，其數(shù)據(jù)量之大可見一斑。大數(shù)據(jù)量的圖像信息會給存儲器的存儲容量，通信干線信道的帶寬，以及計算機的處理速度增加極大的壓力。在存儲壓力方面，不言自明，一張中等分辨率掃描儀掃描的a4照片能達到26m字節(jié)，單純靠增加存儲器容量是不現(xiàn)實的，而圖像壓縮就可以很好解決這個問題。在傳送圖像角度來考慮，則更加要求圖像處理壓縮。一是限制性，有

3、些圖像采集是有限制的，如預(yù)測天氣的即時衛(wèi)星云圖，一定時間內(nèi)大量圖像來不及存儲就會丟失信息；二是在有限的傳輸信道帶寬的前提下，很顯然采用壓縮編碼技術(shù)，能有效的提高通信速度。綜上所述，由于圖像數(shù)據(jù)量的日益龐大與存儲介質(zhì)容量、通信信道帶寬大小的矛盾的一直存在，而僅僅靠增加存儲器容量或者提高傳輸信道帶寬又是無法徹底解決這個問題的，因此，減少傳輸數(shù)據(jù)量，是解決這個矛盾的最好辦法，這依賴于高質(zhì)量的圖像處理、圖像壓縮技術(shù)。利用分形進行圖像編碼比較有效的方法是1984年m.f.barnsley提出的迭代函數(shù)系統(tǒng)（iterated function system,簡稱ifs）。它是一種利用塊間自相似性來減少像素

4、冗余的新型壓縮技術(shù)，被公認(rèn)為第二代壓縮技術(shù)三大方法之一，通過局部和全局相關(guān)去除冗余的新思路，突破了以往壓縮編碼的界限，具有較大潛力。分形編碼的高壓縮比、解壓縮時的高速度以及不受分辨率影響的特點使分形編碼技術(shù)已越來越多地應(yīng)用于多媒體技術(shù)。隨著分形圖像壓縮技術(shù)的不斷改進和完善，它在圖像壓縮中將越來越顯示出優(yōu)勢。令人遺憾的是，由于運算復(fù)雜度太大、壓縮時間較長、收斂過程較難預(yù)測和控制、高壓縮倍率時的塊狀效應(yīng)等困難，它在當(dāng)前圖像壓縮編碼中還不占主導(dǎo)地位，如何能真正發(fā)揮它的潛力是當(dāng)前值得討論的問題。vc+軟件在圖像處理方面有自身的優(yōu)勢，它是微軟推出的開發(fā)win32環(huán)境程序的編程系統(tǒng)，提供了豐富的位圖操作函

5、數(shù)，為圖像處理帶來極大的方便。本文也將對此進行論述。2研究的現(xiàn)狀與發(fā)展圖像壓縮編碼技術(shù)最早始于20世紀(jì)40年代末，自1948年提出的電視信號數(shù)字化，至今己有將近60年的歷史，相繼提出了諸如dpcm、dct、vq等壓縮算法。20世紀(jì)五六十年代的圖像壓縮編碼技術(shù)由于受到電路技術(shù)的制約，僅僅停留在預(yù)測編碼、亞采樣以及內(nèi)插復(fù)原等技術(shù)的研究。1969年在美國召開的第一界“圖像編碼會議”標(biāo)志著圖像編碼作為一門獨立學(xué)科的誕生。到了七八十年代，圖像壓縮技術(shù)的主要成果體現(xiàn)在變換編碼技術(shù)上，矢量量化編碼技術(shù)也有較大的發(fā)展。80年代末，小波變換理論、分形理論、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論、視覺仿真理論的建立，人們開始突破傳統(tǒng)的

6、信源編碼理論，圖像壓縮編碼向著更高的壓縮率和更好的壓縮質(zhì)量的方向發(fā)展，進入了一個嶄新的發(fā)展時期。但圖像壓縮編碼技術(shù)真正走向?qū)嵱没a(chǎn)業(yè)化并得到飛速發(fā)展則是最近10年的事，并已經(jīng)出臺了基于dct等技術(shù)的國際壓縮標(biāo)準(zhǔn)，如jpeg、mpeg等均得到了較為廣泛的實際應(yīng)用。目前，圖像壓縮已經(jīng)發(fā)展到第二代壓縮技術(shù)。第一代圖像編碼技術(shù)（以jpeg為代表）是指以信息論和數(shù)字信號處理技術(shù)為理論基礎(chǔ)，旨在取出圖像數(shù)據(jù)中的線性相關(guān)性的一類編碼技術(shù)。這類技術(shù)去除客觀和視覺的冗余信息的能力已接近極限，其壓縮比不高，同時存在人眼視覺系統(tǒng)的特性不易被引入到壓縮算法中等缺點。而第二代圖像壓縮編碼技術(shù)是指不局限與shannon

7、信息論的框架，要求充分利用人的視覺生理、心里特征和圖像信源的各種特性，能獲得高壓縮比的一類編碼技術(shù)。近年來，圖像技術(shù)發(fā)展迅速、相應(yīng)的編碼標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運而生。大致列舉如下：1）jpeg標(biāo)準(zhǔn)（joint photogaphic expersts group），1991年提出，主要是針對靜止圖像的壓縮標(biāo)準(zhǔn)。2）jpeg2000標(biāo)準(zhǔn)，1997年提出，1999年完成，jpeg2000是基于小波變換的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，不僅有更優(yōu)秀的壓縮性能，而且有更豐富的處理能力。3）h.261又稱為p*46，其中p為46kb/s的取值范圍，是1到30的可變參數(shù)，它最初是針對在isdn上實現(xiàn)電信會議使用，特別是面對面的可視電

8、話和視頻會議而設(shè)計的.實際的編碼算法類似于mpeg算法，但是不能與后者兼容。h.261在實時編碼時比mpeg所占用的cpu運算量少得多，此算法為了優(yōu)化帶寬占用量，引進了在圖像質(zhì)量與運動幅度之間的平衡機制，也就是說，劇烈運動的圖像比相對靜止的圖像質(zhì)量要差。因此這種方法是屬于恒定碼流可變質(zhì)量編碼而非恒定質(zhì)量可變碼流編碼。4）h.263是國際電聯(lián)itu-t的一個標(biāo)準(zhǔn)草案，是為低碼流通信而設(shè)計的。但實際上這個標(biāo)準(zhǔn)是可用在很寬的碼流范圍的，而非只用于低碼流應(yīng)用，它在多種應(yīng)用中可以認(rèn)為被用于取代h.261。h.263的編碼算法與h.261一樣，但做了一些改善和改變，以提高性能和糾錯能力。h.263標(biāo)準(zhǔn)在低

9、碼率下能夠提供比h.261更好的圖像效果。5）m-jpeg(motion-joint photographic experts group)技術(shù)，即運動靜止圖像壓縮技術(shù)，把運動的視頻序列作為連續(xù)的靜止圖像來處理，這種壓縮方式單獨完整地壓縮每一幀，在編輯過程中可隨機存儲每一幀，可進行精確到幀的編輯。6）mpeg-4標(biāo)準(zhǔn)，制定于1998年，mpeg-4是為了播放流式媒體的高質(zhì)量視頻而專門設(shè)計的，它可利用很窄的帶寬，通過幀重建的技術(shù)，壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求使用最少的數(shù)據(jù)獲得最佳的圖像質(zhì)量。支持固定和可變速率視頻編碼，目的在于提供適合用于交互多媒體環(huán)境下應(yīng)用的核心技術(shù)，解決視頻信號的有效存儲和傳輸?shù)葐栴}。隨著