图像无损压缩算法JPEG—LS实现及性能研究

宋鸿梅+徐学庆+牟海维+赵冬岩

摘要： 对图像的无损压缩算法进行了研究，讨论了JPEGLS图像压缩算法，阐述了该算法的基本原理，对其实现的细节及关键技术进行了深入研究，并用C语言实现了该算法。大量图像压缩实验表明，该算法是一种优越的无损压缩算法，对于多数图像，压缩比可以非常接近无损压缩极限，并且算法的运算时间很少，一幅512×512的8比特灰度图像的压缩和解压缩时间是毫秒级的，完全可以满足实时图像处理的要求。

关键词： 图像压缩； 无损压缩； JPEGLS； 熵编码

中图分类号： TN 911文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.008

引言按照能否精确重建图像分类，图像压缩有无损压缩和有损压缩两种方式。有损压缩放弃某些人眼容易忽略的信息，达到比较高的压缩比，因而得到广泛应用。无损压缩只是消除了冗余度，而没有任何信息的损失。无损压缩能够达到的压缩比十分有限，因此无损压缩仅应用在相对珍贵或者获取成本高昂的图像保存中，例如珍贵文献的数字资源，医学或遥感图像。但随着电子行业和网络的发展，人们对高品质图像的需求日益增长，日常生活中，人们希望能够完整保存某些有纪念意义的照片。在科学研究中，人们希望把能够记录时代信息的图像完整保存起来，为后世或后来的研究保留完整的资料。但图像资料数据量庞大，存储这些资料给存储设备和网络传输常来很大的压力，只有无损压缩技术的发展才可解决。无损压缩是没有任何信息损失的压缩，即100%重建原图像，无损压缩极限受其信息熵决定。即对于8位图像，最大压缩比为8/H（x），H（x）为图像信息熵。图像的信息熵不一样，同一种算法对不同的图像压缩比是不一样的。常见的无损压缩方法有预测编码、熵编码和LZW编码等。无损图像压缩算法是上述几种算法的组合，或再辅以某种正交变换。文献[1]系统地评估了以下几种无损压缩算法。但这几种方法都只是针对某一类图像压缩有效，为此联合图像专家组（JPEG）制定了无损压缩标准：JPEGLS。JPEGLS综合了预测编码，游程编码以及熵编码，虽然对某一类图像的压缩效果不一定最好，但具有最广泛的实用性。

摘要： 对图像的无损压缩算法进行了研究，讨论了JPEGLS图像压缩算法，阐述了该算法的基本原理，对其实现的细节及关键技术进行了深入研究，并用C语言实现了该算法。大量图像压缩实验表明，该算法是一种优越的无损压缩算法，对于多数图像，压缩比可以非常接近无损压缩极限，并且算法的运算时间很少，一幅512×512的8比特灰度图像的压缩和解压缩时间是毫秒级的，完全可以满足实时图像处理的要求。

关键词： 图像压缩； 无损压缩； JPEGLS； 熵编码

中图分类号： TN 911文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.008

引言按照能否精确重建图像分类，图像压缩有无损压缩和有损压缩两种方式。有损压缩放弃某些人眼容易忽略的信息，达到比较高的压缩比，因而得到广泛应用。无损压缩只是消除了冗余度，而没有任何信息的损失。无损压缩能够达到的压缩比十分有限，因此无损压缩仅应用在相对珍贵或者获取成本高昂的图像保存中，例如珍贵文献的数字资源，医学或遥感图像。但随着电子行业和网络的发展，人们对高品质图像的需求日益增长，日常生活中，人们希望能够完整保存某些有纪念意义的照片。在科学研究中，人们希望把能够记录时代信息的图像完整保存起来，为后世或后来的研究保留完整的资料。但图像资料数据量庞大，存储这些资料给存储设备和网络传输常来很大的压力，只有无损压缩技术的发展才可解决。无损压缩是没有任何信息损失的压缩，即100%重建原图像，无损压缩极限受其信息熵决定。即对于8位图像，最大压缩比为8/H（x），H（x）为图像信息熵。图像的信息熵不一样，同一种算法对不同的图像压缩比是不一样的。常见的无损压缩方法有预测编码、熵编码和LZW编码等。无损图像压缩算法是上述几种算法的组合，或再辅以某种正交变换。文献[1]系统地评估了以下几种无损压缩算法。但这几种方法都只是针对某一类图像压缩有效，为此联合图像专家组（JPEG）制定了无损压缩标准：JPEGLS。JPEGLS综合了预测编码，游程编码以及熵编码，虽然对某一类图像的压缩效果不一定最好，但具有最广泛的实用性。

摘要： 对图像的无损压缩算法进行了研究，讨论了JPEGLS图像压缩算法，阐述了该算法的基本原理，对其实现的细节及关键技术进行了深入研究，并用C语言实现了该算法。大量图像压缩实验表明，该算法是一种优越的无损压缩算法，对于多数图像，压缩比可以非常接近无损压缩极限，并且算法的运算时间很少，一幅512×512的8比特灰度图像的压缩和解压缩时间是毫秒级的，完全可以满足实时图像处理的要求。

关键词： 图像压缩； 无损压缩； JPEGLS； 熵编码

中图分类号： TN 911文献标志码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2014.04.008

引言按照能否精确重建图像分类，图像压缩有无损压缩和有损压缩两种方式。有损压缩放弃某些人眼容易忽略的信息，达到比较高的压缩比，因而得到广泛应用。无损压缩只是消除了冗余度，而没有任何信息的损失。无损压缩能够达到的压缩比十分有限，因此无损压缩仅应用在相对珍贵或者获取成本高昂的图像保存中，例如珍贵文献的数字资源，医学或遥感图像。但随着电子行业和网络的发展，人们对高品质图像的需求日益增长，日常生活中，人们希望能够完整保存某些有纪念意义的照片。在科学研究中，人们希望把能够记录时代信息的图像完整保存起来，为后世或后来的研究保留完整的资料。但图像资料数据量庞大，存储这些资料给存储设备和网络传输常来很大的压力，只有无损压缩技术的发展才可解决。无损压缩是没有任何信息损失的压缩，即100%重建原图像，无损压缩极限受其信息熵决定。即对于8位图像，最大压缩比为8/H（x），H（x）为图像信息熵。图像的信息熵不一样，同一种算法对不同的图像压缩比是不一样的。常见的无损压缩方法有预测编码、熵编码和LZW编码等。无损图像压缩算法是上述几种算法的组合，或再辅以某种正交变换。文献[1]系统地评估了以下几种无损压缩算法。但这几种方法都只是针对某一类图像压缩有效，为此联合图像专家组（JPEG）制定了无损压缩标准：JPEGLS。JPEGLS综合了预测编码，游程编码以及熵编码，虽然对某一类图像的压缩效果不一定最好，但具有最广泛的实用性。