图像压缩方法分类及其评价

张 霞

(1.山东师范大学 信息科学与工程学院，山东 济南 250000；2.泰安市中心医院 远程医学中心，山东 泰安 271000)

1 图像压缩原理

冗余来自于图像数据本身，也受到主观因素和外界环境的影响.经过调查研究，要实现大容量数据存储和传输就要想办法去除掉图像当中的冗余信息.常见的数据冗余有：

空间冗余主要存在于静态图像当中，表现形式为图案的粗细程度；时间冗余是序列图像中所包含的冗余，取决于图像随时间变化程度；结构冗余把图像看作是区域集时产生的冗余.例如一幅静态图像存在着一大部分区域是相同的颜色或者有很明显的分布特点，换句话说就是图像具有较强的规律性和重复性；知识冗余是日常生活中，有很多图像的理解与某些基础知识相关，应用这些先验知识和背景知识得到的信息；视觉冗余指图像数据中普遍存在的冗余.所谓视觉冗余是相对于人眼的视觉特性而言的，对整体结构来说相对不敏感，不敏感的区域被人眼视为多余的信息；统计冗余指图像是由一连串的像素点构成，不同的像素点具有不同的像素值.对于由一系列像素值构成的数据，假如某些像素值出现的频率高，有些出现的频率却很低，因这些频率出现的高低不同造成的不均性就是统计冗余的表现形式.

2 图像压缩方法分类

图像压缩方法很多，从不同的技术角度出发，有不同的分类方法.一般来说，根据对图像进行重构之后，与原来的图像对比存在差异程度可以将图像压缩方法分为有损压缩和无损压缩两种，图像压缩分类方法如图1所示.

2.1 有损压缩

有损压缩是利用人眼的视觉特性去除图像中的冗余信息和对视觉不敏感的细节分量，以尽可能少的比特来表示输入的图像数据，经压缩后的图像在解压缩后与原始图像相比存在一定的误差，但并不影响观看.

2.1.1 变换编码

常见的离散余弦变换就是一种变换编码技术.所谓的变换编码就是将图像当中的空域信号转换到另外的一个正交空间，在变换的时候会形成一些变换系数，将这些系数进行编码、量化处理.这样图像当中的冗余信息减少，图像的相关性也会减少，得到的图像压缩效率较高.

图1 图像压缩方法分类图

2.1.2 矢量编码

矢量量化编码是把输入的数据几个一组地分成许多组，然后成组的量化编码.它是一种限失真编码，其原理仍是使用信息论中的率失真函数理论来分析.

2.1.3 自适应预测编码

预测编码是数据压缩理论的一个重要分支.它利用离散信号的相关性，对相邻信号进行预测分析，根据预测值与实际值之间的差异来编码.假如使用的预测方法准确，差值就会很小，就可以使用很少的码位进行编码，以达到数据压缩的目的.

2.1.4 小波变换图像编码

小波变换图像编码是多分辨率编码方法的一种，是最有发展前途的数据压缩方法.小波变换在时域和频率都具有良好的局部化特性，而且在频率高的部分使用比较细的时域步长，这样可以实现聚集图像细节区域.

2.2 无损压缩

无损压缩就是利用图像的各种冗余进行压缩，可完全恢复原始图像数据而不会引起任何失真.无损压缩编码与解码的过程是可逆的，因为通过无损压缩消除冗余，减少的数据量，在解码时可完全无失真的进行显示，对观察图像的人没有任何影响.

2.2.1 哈夫曼编码

哈夫曼编码是一种经典的无损压缩编码方法，该算法依据信源符号出现的概率来构造码字，是可变字长编码算法的一种.它使用变长编码表对输入的原信源符号进行编码，其中，变长编码表是通过一种评估来源符号出现概率的方法得到的，出现概率高的字母使用较短的编码，反之则使用较长的编码，这样通过减少字符串的长度实现图像的压缩.

2.2.2 游程编码

游程编码又被称为行程编码，是统计编码的一种.它使用一个符号串来代替相同的连续符号，可以使编码后的长度远远小于原始长度.当每行每列的代码发生改变时记录出现的重复数，这样可以方便的实现图像数据的压缩.

2.2.3 算术编码

算术编码是一种熵编码方法.它直接把整个输入的消息序列编码为一个满足0-1区间的一个小数N.在使用算术编码时，通常先要对输入符号的概率进行估计，然后编码，如果已给定符号出现的概率和符号集合，使用算术编码可以给出最好的编码.因此，算术编码的结果是一个0-1之间的实数，且这个数是唯一的，在解码时可进行精确重构.

2.2.4 LZW编码

LZW编码通过建立一个字符串表，实现字符重用与编码.它的基本原理是提取原图像文件当中的所有不重复的字符，构成一个编译表，之后使用编译表当中的索引替换原文件当中的对应字符，减少原始数据大小来实现图像的压缩.

3 图像压缩方法的评价

在重构压缩后的图像时，往往与原图像间会有一定误差，此时就需要有衡量压缩图像质量的准则.

3.1 图像压缩比(R)

衡量压缩比的重要指标就是对图像的压缩程度如何，压缩比越高，则对图像的压缩效率就越高.设R为压缩比，则

3.2 均方差(MSE)

本文主要介绍了图像压缩算法的原理、分类及其评价方法，通过分析可以清楚地了解什么样的方法适合什么样的图像，可以采取什么方式对压缩后的图像进行评价.

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