图像压缩编码的技术研究.docxVIP

图像压缩编码技术的应用研究方超南京信息工程大学信息与控制学院仪器科学与技术系，南京 210044摘要：在满足一定图像质量的条件下，我们可以对图像的数据进行变换、编码和压缩,去除冗余数据来减少表示数字图像时所需要的数据量，以方便图像的存储和传输。研究最佳的编码压缩的数学模型和方法，是人们不断追求的目标。本文介绍了数字图像压缩技术的分类和基本原理，给出了霍夫曼编码、DPCM编码、DCT编码、JPEG编码和小波编码等几种方法对静止图像压缩的具体实现，并总结了各种方法的优劣和今后的发展趋势。关键词：静止图像；图像编码；图像压缩一、绪论1.1 图像压缩编码的研究意义以通信技术和计算机为主的信息技术高速发展，信息技术的广泛使用正在悄悄改变着人们的生活和生产方式。在未来的信息世界中，大部分的信息是以数字化的方式来表示、存储和传输的，而在这些数字化信息中绝大部分是图像信息。数字化的图像占的空间是非常大的，例如，一幅普通的未经压缩的图片大概要占到几兆的存储空间，仅仅1秒钟没有压缩的数字视频图像所占的存储空间将达到上百兆的字节，这对于目前存储空间和传输宽带来说是难以承受的。为了能对图像信息进行有效的处理，对数字图像信息进行压缩是大势所趋。数字图像压缩技术被广泛应用到多媒体、通讯、医学等各个领域，在未来的科技领域，它必然具有强大的生命力和无限的发展空间。静止图像压缩不仅是各种媒体压缩和传输的基础，也是影响媒体压缩效果好坏的关键因素。基于这种考虑，本文主要研究静止图像的压缩技术。1.2图像压缩编码的研究现状和发展 图像数据是众多数据类型中的一种，也是数据压缩的一个关键部分，因为图像具有与文字、语音等其他数据不同的特点，所以需要特别加以研究。图像压缩编码的目的是为了减少原始数据的数据量，即以最少的比特数来表示原来的图像，同时又要能保持原图像的质量，满足设定的要求。压缩编码减少了数据的存储空间，这样无论是在数据传输还是在数据处理的时候都会给我们带来非常大的便利。我们从信息源得到的数据是含有冗余数据的，如果去掉这些冗余数据，就可以使得数据量减少，而且数据之间也具有一定的相关性，如果去掉这些相关性，然后对数据进行恰当的编码，那么，也可以减少原始数据的数据量；如果再在一定的程度上损失一些关系并不是很大的数据，同样也能使原始数据的数据量减少。信息论为数据的压缩提供了理论基础，信息论认为每个信源中都或多或少的含有自然冗余度，这些冗余度有的来自于信源本身的相关性，又有的来自于信源概率分布的不均匀性中。只要能够找到改变概率分布不均匀性和去除相关性的相关方法和手段，就可以有效的实现数据的压缩。图像压缩指的就是图像压缩编码，或者简称图像编码，在本论文的后面部分中，就不再区分几个概念，它们的含义都是相同的。图像编码属于信源编码的范畴，真正从科学的角度上对图像编码进行研究的历史相对来说并不长，只有差不多六十年的时间。对它的分类根据研究问题的出发点不同，可以有不同的分类方法。从压缩的角度分类，可以分为无损压缩编码和有损压缩编码，有损压缩也可以称为统计压缩；从现有的具有实用性的编码方法来看，可以划分为三大类编码方法：统计编码、预测编码和变换编码。从技术发展的角度，Kunt 提出过第一代、第二代图像编码的概念，他把1948年－1988 年40 年中研究的基于去除冗余度的编码方法称为第一代编码，如PCM、DPCM、DM 、亚取样编码法等，变换领域的DFT、DCT、沃尔什－哈达玛（DWHT）变换编码等，以及以此为基础的混合编码法均属于经典的第一代编码法。第二代编码方法多是80年代以后提出的新的编码方法，如金字塔编码、分形编码、基于神经网络的编码、小波变换编码、模型基编码、分形压缩等。1991 年，国际电报咨询委员会(CCITT)和国际标准化组织(ISO)联合组成的专家组，共同制定了静止图像的数码率压缩标准（1994年正式通过），即JPEG（TheJoint Photographic Expert Group），它采用了DCT变换，而最近才提出的新的国际标准JPEG2000则已经采用了小波变换。1.3本课题的主要工作本课题为“图像压缩编码技术的应用研究”，首先对目前流行的多种图像压缩编码算法进行详细的分析，并给出多种编码算法对图像进行压缩的具体实现程序，为以后研究各种编码算法的优劣打下基础。工作的重点是研究各种编码算法具体实现图像压缩是的优劣，具体从图像压缩前后的质量对比以及实现压缩所需要的时间两个方面进行比较。为了实现以上目标，本文主要做了以下的工作：（1）编译合适的程序，对于每种编码算法都编译对应的压缩程序，以期达到良好的压缩效果，为以后评比个压缩编码算法的优劣做准备。（2）编译出用于图像压缩前后质量客观评定的程序，即求出压缩前后图片的PSNR（峰值信噪比），均方根误差（mse）