多媒體計(jì)算機(jī)圖像數(shù)據(jù)壓縮的實(shí)現(xiàn)

摘 要：伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步，我國逐漸走向了信息時(shí)代，人們對(duì)信息的獲取及利用方面，不斷的依賴計(jì)算機(jī)來達(dá)成，然而具備數(shù)字化的音頻和視頻等媒體信息擁有著海量的數(shù)據(jù)。例如：某彩色圖像的分辨率是900×700，則數(shù)據(jù)量就是900×700×3=1890000字節(jié)，約為1.9MB；音頻文件若為1minCD音質(zhì)，往往需要10MB的存儲(chǔ)空間；當(dāng)音頻信息為幾十分鐘、彩色圖像為成百上千幀，以此來構(gòu)成的視頻文件，所具備的數(shù)據(jù)量和現(xiàn)階段能夠提供的網(wǎng)絡(luò)寬帶之間存在較大的差距。想要充分結(jié)局這一問題，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是較為合理的手段。

關(guān)鍵詞：多媒體計(jì)算機(jī)；圖像數(shù)據(jù)；壓縮

中圖分類號(hào)：TP391.41

多媒體計(jì)算機(jī)擁有媒體裝置綜合能力和處理大量資料的能力，具備處理動(dòng)畫、視頻、聲音、圖像等多種媒體的功能，得到了人們的廣泛應(yīng)用。但是由多媒體計(jì)算機(jī)處理的多種媒體具備非常大的數(shù)字量，給傳輸和存儲(chǔ)帶來了很大的難度。因此，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的利用至關(guān)重要。

1 圖像數(shù)據(jù)壓縮的可行性

圖像之間從表面能夠觀察出各自擁有的不同規(guī)律，可是圖像中的部分區(qū)域所鄰近的像素點(diǎn)數(shù)據(jù)較為相似，從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度上進(jìn)行分析，圖像在分布方面擁有一些塊狀的結(jié)構(gòu)，像素之間具備類似的位置，即數(shù)據(jù)屬于冗余狀態(tài)。

1.1 時(shí)間冗余

從動(dòng)態(tài)畫面的角度上進(jìn)行分析，任何時(shí)間段內(nèi)連續(xù)播放或者連續(xù)顯示的圖像極為相似，相近的幀間會(huì)具備較多的重復(fù)數(shù)據(jù)，即呈現(xiàn)出大規(guī)模的時(shí)間冗余狀態(tài)。對(duì)于這種幀之間相鄰的數(shù)據(jù)，進(jìn)行傳輸時(shí)只對(duì)小部分的圖像和像素的偏差部分進(jìn)行傳輸即可。

1.2 空間冗余

一副圖像中局部區(qū)域的色彩和亮度所具備的相似性，組成了極為相像的數(shù)據(jù)塊，展現(xiàn)出的視覺區(qū)域基本相同，對(duì)于這種數(shù)據(jù)塊來說，可以看做一個(gè)總體，能夠用很少的信息量表現(xiàn)這一總體，從而充分的減少圖像中所蘊(yùn)含的原始數(shù)據(jù)[1]。

只因多媒體計(jì)算機(jī)處理的動(dòng)畫、圖像、圖形數(shù)據(jù)中存在空間冗余和時(shí)間冗余數(shù)據(jù)，因此，進(jìn)行多媒體計(jì)算機(jī)圖像數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)具備一定程度的可行性。

2 實(shí)現(xiàn)多媒體計(jì)算機(jī)圖像數(shù)據(jù)壓縮的一般過程

多媒體計(jì)算機(jī)圖像數(shù)據(jù)壓縮往往具備解碼和編碼兩個(gè)過程，信源數(shù)據(jù)通過源編碼器進(jìn)行編碼的壓縮，以此來達(dá)成與介質(zhì)傳輸和設(shè)備存儲(chǔ)相適應(yīng)的水平。能夠?qū)嚎s位流處理成可以傳輸和存儲(chǔ)信號(hào)的工具為通道編碼器，通道編碼器還能夠與源解碼器共同構(gòu)成解碼子系統(tǒng)，可以達(dá)到源編碼和通道編碼互逆的過程，從而再次進(jìn)行圖像的構(gòu)造[2]。

3 實(shí)現(xiàn)多媒體計(jì)算機(jī)圖像數(shù)據(jù)壓縮的一般方法

圖像壓縮具體能夠分為兩個(gè)類別，其一為無損壓縮，也可以稱作可逆編碼。利用無損壓縮進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮之后，能夠完全與原始圖像相同，不會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的損失，可是此種壓縮方式存在較低的壓縮比。其二為有損壓縮，也可以稱作不可逆編碼。對(duì)這種方法的應(yīng)用無法完全進(jìn)行原始圖像數(shù)據(jù)的恢復(fù)，可是所呈現(xiàn)出的視覺效果較為良好，即達(dá)到清晰觀察的目的。按照編碼的原理可以分為：統(tǒng)計(jì)編碼、變換編碼、預(yù)測(cè)編碼和其他編碼。這一系列編碼中，只有統(tǒng)計(jì)編碼屬于無損編碼，其他的編碼屬于有損編碼[3]。

3.1 有損壓縮和無損壓縮

（1）有損壓縮。有損壓縮也能夠稱為失真壓縮，此壓縮方式會(huì)丟失壓縮之后的部分信息，即原始數(shù)據(jù)和還原數(shù)據(jù)之間存在著較大的誤差。有損壓縮具備壓縮比大的特點(diǎn)，其中的壓縮比能夠進(jìn)行任何調(diào)節(jié)，可以調(diào)節(jié)幾倍，也可以調(diào)節(jié)幾百倍。

（2）無損壓縮。無損壓縮也能夠稱為無失真壓縮，主要指的是進(jìn)行解壓還原之后的數(shù)據(jù)，與原始數(shù)據(jù)有100%的相似性。無損壓縮擁有壓縮比小的特點(diǎn)。

3.2 圖像數(shù)據(jù)編碼的一般方法

（1）統(tǒng)計(jì)編碼。統(tǒng)計(jì)編碼只是對(duì)無記憶信源進(jìn)行壓縮編碼的技術(shù)，按照信息碼字中所凸顯的概率分布狀況開展壓縮編碼流程，以此來進(jìn)行碼字長(zhǎng)度與概率之間最佳匹配的選擇。此外，變長(zhǎng)碼和定長(zhǎng)碼也可構(gòu)成統(tǒng)計(jì)編碼。

1）LZW編碼。LZW編碼在對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼時(shí)，讀出的每一個(gè)圖像數(shù)據(jù)，都能夠和之前的字符串組合成為另一個(gè)新的字符串，同時(shí)觀察碼表中的字符串是否相同，若存在相同字符串，則需要利用相應(yīng)的字符串代碼替代該字符，若沒有相同字符串，需要在碼表中放入新的字符串，同時(shí)對(duì)新的字符串編寫新號(hào)碼。這種方式可以讓編碼的碼表和字符串號(hào)碼同時(shí)生成。在傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的過程中，僅僅傳輸或存儲(chǔ)號(hào)碼，不必傳輸和存儲(chǔ)碼表本身。譯碼時(shí)，根據(jù)編碼的相關(guān)規(guī)則，同時(shí)進(jìn)行碼表的生成和圖像數(shù)據(jù)的還原[4]。

2）游程長(zhǎng)度編碼。當(dāng)圖像中有很多相同顏色的模塊，模塊中的每一行顯示的顏色都相同。這種圖像一般不提倡進(jìn)行每一像素顏色值的存儲(chǔ)，反之只是單純存儲(chǔ)相同顏色的像素?cái)?shù)量和顏色值即可。這種壓縮編碼過程稱作游程長(zhǎng)度編碼（Run Length Coding）。

（2）預(yù)測(cè)編碼。預(yù)測(cè)編碼主要是按照離散信號(hào)內(nèi)部所具備的關(guān)聯(lián)性，通過對(duì)前端信號(hào)的利用，進(jìn)行下一環(huán)節(jié)信號(hào)的預(yù)測(cè)，接著進(jìn)行預(yù)測(cè)值和實(shí)際值之間差值的編碼。預(yù)測(cè)編碼包含：幀間預(yù)測(cè)、幀內(nèi)預(yù)測(cè)兩個(gè)類別。

1）幀間預(yù)測(cè)。由于動(dòng)態(tài)的圖像各幀之間具備較強(qiáng)的時(shí)間關(guān)聯(lián)性，因此幀間預(yù)測(cè)編碼廣泛的應(yīng)用在MPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)中。例如：在傳送電視圖像的過程中，幀與幀相鄰的時(shí)間隔點(diǎn)為1/30s，在幀之間絕大部分的像素信號(hào)亮度變化方面都會(huì)擁有較小的幅度，通過對(duì)幀間預(yù)測(cè)編碼技術(shù)的利用，就能夠充分的減少幀序列之內(nèi)所存在的圖像信號(hào)冗余。

2）幀內(nèi)預(yù)測(cè)。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼能夠反映出在一副幀圖像內(nèi)，較為相近的像素之間具備很強(qiáng)的空間關(guān)聯(lián)性，因此，每一像素所具有的亮度值，都能夠通過對(duì)相近的已經(jīng)被有效編碼的像素編碼值的利用，開展預(yù)測(cè)流程。幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼包含：自適應(yīng)差分脈沖的編碼調(diào)制、查分脈沖的編碼調(diào)制。

（3）變換編碼。變換編碼主要是以信號(hào)為依托，進(jìn)行任意函數(shù)的變換，可以將信號(hào)當(dāng)前的表示空間，迅速轉(zhuǎn)換到適合該信號(hào)的其他表示空間，然后將變換后的域作為平臺(tái)，進(jìn)行變換之后信號(hào)的編碼，日常應(yīng)用的變換編碼包含：小波變換、K-L變換、離散余弦變換等。

4 結(jié)束語

根據(jù)以上的論述，壓縮圖像數(shù)據(jù)的目的在于有效降低數(shù)據(jù)的傳輸率，和減少存儲(chǔ)的容量，力求PC機(jī)在性能和指標(biāo)上，能夠?qū)崿F(xiàn)可以處理圖像及聲音信息的目的，進(jìn)而達(dá)到有效、快速的進(jìn)行數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存和處理。壓縮的切入點(diǎn)是通過多種對(duì)不同編碼方法的利用，合理的壓縮數(shù)據(jù)直到將其壓縮到最小的冗余，同時(shí)最大限度的減少失真度，以此來提升數(shù)據(jù)的使用效率，成為人們?cè)谶M(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的過程中勢(shì)必要用到的數(shù)字化技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]關(guān)履泰.用分形與小波進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖像數(shù)據(jù)壓縮的進(jìn)展[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī)，2013，12（09）：123-125.

[2]于霖沖.數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)及其在計(jì)算機(jī)圖像和計(jì)算機(jī)圖形方面的應(yīng)用[J].嘉應(yīng)大學(xué)學(xué)報(bào)，2013，11（08）：143-145.

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[4]張健.基于離散余弦變換數(shù)據(jù)壓縮算法的圖像處理應(yīng)用[J].科技咨詢導(dǎo)報(bào)，2013，14（06）：172-173.

作者簡(jiǎn)介：張華（1979-），男，上海人，在校研究生，計(jì)算機(jī)專業(yè)，研究方向：計(jì)算機(jī)多媒體。

作者單位：上海理工大學(xué)光電信息與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，上海 200093