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視頻圖像壓縮編碼的主要方法及其分類

瀏覽:5425  來源:通信人在線  日期:2006-10-20
 

圖像壓縮編碼方法有很多種,而且很多方法還在不斷的發(fā)展和完善中。從不同的角度出發(fā)有不同的分類方法。

圖像編碼、壓縮可以根據(jù)解壓重建后的圖像和原始圖像之間是否具有誤差,而分為無失真編碼和限失真編碼兩大類。前者用于要求重建后圖像嚴(yán)格地和原始圖像保持相同的場合,例如復(fù)制、保存十分珍貴的歷史、文物圖像等;后者則適用于大多數(shù)工程應(yīng)用的情況。

圖像編碼也可以根據(jù)實(shí)施編碼所在的數(shù)據(jù)域劃分為空間域編碼和變換域編碼兩大類。但是,近年來,隨著科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展,許多新理論、新方法的不斷涌現(xiàn),特別是受通信、多媒體技術(shù)及其應(yīng)用,信息高速公路建設(shè)需求的刺激,一大批新的圖像壓縮編碼方法,其中有些是基于一些新的理論和變換,有些是兩種或兩種以上的方法的組合,有的既在空間域也要在變換域進(jìn)行處理,所以在此統(tǒng)稱為其他方法。圖1給出了主要的圖像壓縮方法。

1圖像壓縮編碼方法分類 

有失真編碼方法的還原圖像較之原始圖像存在一定的誤差,但視覺效果一般是可以接受的。根據(jù)有失真編碼的原理進(jìn)行分類,可以有預(yù)測編碼、變換編碼、量化編碼、信息熵編碼、分頻帶編碼、結(jié)構(gòu)編碼及基于知識(shí)的編碼等。

1)預(yù)測編碼是一種針對(duì)統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮的方法。對(duì)于統(tǒng)計(jì)冗余來說,它反映圖像內(nèi)相鄰兩像素之間的相關(guān)性比較強(qiáng),因而一個(gè)像素可以由與它相鄰的并且已被編碼的像素來進(jìn)行預(yù)測估計(jì),當(dāng)然,預(yù)測是根據(jù)某一模型進(jìn)行的。從理論上講,只要模型選取得足夠好,則只需存儲(chǔ)或傳輸起始像素與模型參數(shù)就可以代替一幅圖像。但是,在實(shí)際應(yīng)用中,預(yù)測不會(huì)總是正確的與精確的,此時(shí)的做法是再將預(yù)測誤差存儲(chǔ)或傳輸。預(yù)測編碼方法基本上是針對(duì)輸入的數(shù)據(jù)是一個(gè)平穩(wěn)過程(或稱信號(hào)是穩(wěn)定信號(hào))而設(shè)計(jì)的。當(dāng)輸入的數(shù)據(jù)不是平穩(wěn)過程時(shí),可采用自適應(yīng)預(yù)測編碼。

2)變換編碼也是一種針對(duì)統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮的方法。所謂變換編碼是將圖像時(shí)域(空間)信號(hào)變換到系數(shù)空間(頻域)上進(jìn)行處理的方法。因?yàn)橛蓵r(shí)域映射到頻域總是通過某種變換進(jìn)行的,所以稱為變換編碼方法。在空間上具有強(qiáng)相關(guān)的信號(hào),反映在頻域上是在某些特定的區(qū)域中能量集中在一起,或者是系數(shù)矩陣的分布具有某種規(guī)律,這就可以利用這些規(guī)律分配頻域上的量化比特?cái)?shù),從而達(dá)到壓縮的目的。常用的變換有:KL變換;DCTDST變換;DFT變換;Haar變換;Walsh-Hadamard變換;以及用途廣泛的小波變換等。

變換編碼有兩個(gè)最明顯的特點(diǎn),一是可以得到高的壓縮比,二是比預(yù)測等其它方法的計(jì)算復(fù)雜性高。在變換后,由于在頻域上信息是按照頻譜的能量與頻率分布排列的,只要對(duì)頻域平面量化器進(jìn)行合理的(非均勻)比特分配,高能量區(qū)給高的比特?cái)?shù),低能量區(qū)給以低的比特?cái)?shù),就可以得到高的壓縮能力。

3)量化與向量量化編碼的本質(zhì)也是對(duì)統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮,不過從表現(xiàn)形式上看,好像是無關(guān)的。

4)信息熵編碼是根據(jù)信息熵原理,讓出現(xiàn)概率大的用短的碼字表達(dá),反之用長的碼字表達(dá),最常見的如Huffman編碼、游程編碼以及算術(shù)編碼等。

5)分頻帶編碼是將圖像數(shù)據(jù)變換到頻域后,按頻率分頻帶,然后用不同的量化器進(jìn)行量化,從而達(dá)到最優(yōu)的組合?;蛘呤欠植綕u進(jìn)編碼,開始對(duì)某一頻帶的信號(hào)進(jìn)行解碼,然后逐漸擴(kuò)展到所有頻帶。隨著解碼數(shù)據(jù)的增加,解碼圖像也逐漸清晰起來。此方法對(duì)于遠(yuǎn)地圖像模糊查詢與檢索的應(yīng)用比較有效。

6)結(jié)構(gòu)編碼也稱為第二代編碼。編碼時(shí)首先將圖像中的邊界、輪廓、紋理等結(jié)構(gòu)特征求出來,然后保存這些參數(shù)信息。解碼時(shí),根據(jù)結(jié)構(gòu)和參數(shù)信息進(jìn)行合成,從而恢復(fù)出原圖像。

7)基于知識(shí)的編碼是對(duì)于人臉等可用規(guī)則描述的圖像,利用人們對(duì)人臉等的知識(shí)形成一個(gè)規(guī)則庫,據(jù)此將人臉的變化等用一些參數(shù)進(jìn)行描述,從而用參數(shù)與模型就可以實(shí)現(xiàn)人臉的圖像編碼與解碼。

就壓縮的方法而言,現(xiàn)在還有分形圖像壓縮與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像壓縮的研究。目前,分形壓縮的理論是根據(jù)所謂“拼貼定理”,但在保持圖像質(zhì)量條件下,壓縮比不高或編碼時(shí)間過長。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像壓縮也有類似情況。

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