圖像按其灰度層次可以分為兩類：一類是有灰度層次的圖像；另一類是僅有黑白兩種層次的圖像，也稱二值圖像。有灰度層次的圖像包括電視圖像、照片傳真、靜止圖像等。二值圖像包括文件傳真、二值靜止圖像等。這里主要介紹有灰度層次的圖像數(shù)字編碼。
圖像編碼的實(shí)質(zhì)是：在一定質(zhì)量（信噪比的要求或主觀評(píng)價(jià)得分）條件下，以最少比特?cái)?shù)來(lái)傳送一幅圖像。這種圖像編碼也稱圖像壓縮編碼，在圖像的數(shù)字傳輸、存儲(chǔ)、交換中有著廣泛的應(yīng)用。
由于圖像信號(hào)中有大量的多余信息，因而有可能對(duì)其進(jìn)行壓縮編碼。現(xiàn)有的圖像壓縮編碼方法很多，為了比較各種壓縮編碼方法的編碼效率，需要定義表示其壓縮效率的壓縮比。通常對(duì)于黑白圖像以8比特／像素為基礎(chǔ)來(lái)規(guī)定壓縮比，即在沒(méi)有進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的PCM信號(hào)中量化比特n=8，經(jīng)過(guò)壓縮編碼后，每個(gè)像素的平均比特?cái)?shù)為n r，則編碼的壓縮比為：
η=8/n r
圖像的統(tǒng)計(jì)壓縮編碼的方法基本上可以分為兩大類，預(yù)測(cè)編碼方法和變換編碼方法。此外，還有把預(yù)側(cè)法和變換法混合應(yīng)用的混合編碼法。其中預(yù)測(cè)編碼法有增量調(diào)制法（ΔM）及差分預(yù)測(cè)編碼法（DPCM），基本的圖像編碼法分類詳見(jiàn)下表1。
表1：基本的圖像編碼法分類
預(yù)測(cè)法和變換法編碼兩者之間主要有下列一些區(qū)別。
1）壓縮方法
預(yù)測(cè)法主要是利用圖像像素間的相關(guān)性。用已傳的像素的亮度值對(duì)待傳送像素的亮度值進(jìn)行預(yù)測(cè)，傳送二者的差值。在量化器設(shè)計(jì)中，考慮到量化誤差的統(tǒng)計(jì)特性以及人眼的視覺(jué)掩蓋效應(yīng)，在圖像亮度變化較大的地方允許圖像亮度值有較大的誤差。
變換法首先把一幅圖像劃分為一個(gè)個(gè)子區(qū)域，每個(gè)子區(qū)域的尺寸可以是1x4、1x8、1x16個(gè)像素（一維情況），也可以是4x4、8x8、16x16個(gè)像素（二維情況）。隨后用正交變換把每個(gè)子區(qū)域變換到變換域，使能量相對(duì)集中，并利用其統(tǒng)計(jì)特性，可使變換域值用較少的比特?cái)?shù)傳送。
2）硬件制作
預(yù)測(cè)法中適用的硬件比較簡(jiǎn)單，成本較低；變換法中適用的硬件比較復(fù)雜，成本較高。但目前已有專用大規(guī)模集成電路芯片可用于變換編碼，成本的差別已縮小。
3）傳輸噪聲的影響
傳輸噪聲對(duì)數(shù)字圖像信號(hào)產(chǎn)生的影響表現(xiàn)為誤碼。對(duì)于變換編碼來(lái)說(shuō)，在恢復(fù)圖像時(shí)，誤碼只引起一個(gè)子區(qū)域上的某個(gè)系數(shù)的錯(cuò)誤，在圖像上疊加一個(gè)子區(qū)大小的基本圖案。而預(yù)側(cè)法會(huì)導(dǎo)致誤碼影響的擴(kuò)展。這時(shí)，誤碼在恢復(fù)圖像上造成的影響和預(yù)測(cè)公式有關(guān)。采用一維預(yù)測(cè)時(shí)，誤碼圖案為水平方向擴(kuò)散的撕裂狀線；二維預(yù)測(cè)時(shí)，向二維方向擴(kuò)散，擴(kuò)散的范圍和預(yù)測(cè)系數(shù)有關(guān)。
在采用上述圖像編碼方法的同時(shí)，還可以采取下述幾種方法，使數(shù)碼率進(jìn)一步下降。
1）利用行消隱時(shí)間法
在電視信號(hào)中，行周期18％的行消隱時(shí)間太長(zhǎng)，我們可以把行消隱這段時(shí)間利用來(lái)傳輸圖像信息。為了使行能夠準(zhǔn)確同步，只需要傳送“行同步標(biāo)志”碼組，它們只占用行消隱時(shí)間的一小部分，從而使平均數(shù)碼率下降，壓縮比η可提高約10％。對(duì)于其他圖像信號(hào)也有類似問(wèn)題。
2）利用場(chǎng)消隱時(shí)間法
利用場(chǎng)消隱時(shí)間來(lái)傳送圖像信息，場(chǎng)同步信號(hào)用“幀同步碼”來(lái)代替，這種方法僅用于活動(dòng)的電視圖像。
3）亞采樣
它使用低于采樣定理所規(guī)定的采樣速率采樣，適當(dāng)選取采樣速率，使基頻和一次諧波的頻譜相互交叉，在接收端采用梳狀濾波器，把基頻帶取出，濾去折疊噪聲。為了提高亞采樣的質(zhì)量，有時(shí)在采樣前加梳狀濾波器，預(yù)先去除會(huì)引起折疊的頻譜成分。
4）減少電視場(chǎng)的傳送
在電視會(huì)議或電視電話中，活動(dòng)圖像變化比較緩慢，因此可以每傳一幀圖像，其下一幀圖像不傳送，數(shù)碼率可以壓縮一半。在接收端用內(nèi)插法再恢復(fù)沒(méi)傳送的一幀圖像（由前一幀和后一幀圖像的內(nèi)插獲得）。
5）熵編碼法
有Huffman編碼、算術(shù)編碼和準(zhǔn)變字長(zhǎng)編碼。Huffman編碼是利用圖像信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)出現(xiàn)概率大的事件分配比特?cái)?shù)少的短碼，出現(xiàn)概率小的事件則分配長(zhǎng)碼，從而使平均比特?cái)?shù)下降。但硬件實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜。后來(lái)發(fā)展了一種準(zhǔn)變字長(zhǎng)法，按不同的概率分配兩種字長(zhǎng)，從而使硬件易于實(shí)現(xiàn)。
熵編碼通常和游程編碼結(jié)合起來(lái)。在游程長(zhǎng)度編碼中，不是對(duì)每個(gè)像素編碼，而是對(duì)每個(gè)取值及其連續(xù)長(zhǎng)度（即游程長(zhǎng)度）進(jìn)行編碼，從而達(dá)到壓縮數(shù)碼率的目的。
除了上述兩大類基本的壓縮方法外，還有一些其他的壓縮編碼方法，如輪廓編碼、綜合高效編碼和矢量量化等。
為此，基于上述原理，目前用于圖像或電視的壓縮標(biāo)準(zhǔn)的種類詳見(jiàn)下表2。
