數(shù)字影像技術(shù)中無損壓縮模式應(yīng)用

孫莎莎

【摘 要】數(shù)字影像技術(shù)是一個比較廣意的概念，從攝像機(jī)的構(gòu)成到如何攝像，之后的處理與制作等方面的內(nèi)容均涉及的較為廣泛，因此需要相關(guān)工作人員花費(fèi)更多的時(shí)間學(xué)習(xí)，繼而把握住相關(guān)程度。筆者將根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，研究分析目前最常為使用的無損壓縮原理以及實(shí)現(xiàn)方法等，通過實(shí)踐研究結(jié)果表明，基于整數(shù)小波變換的無損壓縮方法是最好的壓縮比。

【關(guān)鍵詞】數(shù)字影像技術(shù)；無損壓縮；小波變換

隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高分辨率的圖像數(shù)字采集設(shè)備也比較多，此類的相關(guān)圖像也越來越多[1]。數(shù)字影像技術(shù)主要包括以下幾個方面的技術(shù)：（1）攝影技術(shù)；（2）教育優(yōu)勢以及構(gòu)成情況；（3）采集設(shè)備、技術(shù)；（4）藝術(shù)表現(xiàn)手法；（5）呈現(xiàn)與輸出技術(shù)等。鑒于當(dāng)下各種信息的數(shù)據(jù)量越來越大，更好更快的傳輸數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)成為當(dāng)下對信息進(jìn)行處理的主要考慮問題，數(shù)據(jù)壓縮是有效緩解這一問題重要的解決方案。主要技術(shù)出發(fā)點(diǎn)是因?yàn)閿?shù)據(jù)都具備一定的冗余性，所謂數(shù)據(jù)壓縮即運(yùn)用一定的計(jì)算方式將冗余量壓縮至最小，并控制數(shù)據(jù)的失真，從而對數(shù)據(jù)的傳輸和數(shù)據(jù)的儲存都能在效率上得以提升。對數(shù)據(jù)的壓縮有有損和無損壓縮兩種形式。有損壓縮主要用于語言，圖像和影視頻方面，是對壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行再次的重新構(gòu)建，隨經(jīng)過重構(gòu)的數(shù)據(jù)和原有數(shù)據(jù)不盡相同，但在表達(dá)原始數(shù)據(jù)的信息上影響不大，但壓縮的比率卻增加很多，目前常采用脈沖編碼調(diào)制以及插值和外推等計(jì)算手段。無損壓縮格式主要是利用數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)冗余進(jìn)行壓縮，可完全恢復(fù)原始數(shù)據(jù)而不引起任何失真（需要注意的是壓縮率受到數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)冗余度的理論限制，一般為2：1到5：1），無損壓縮方法可以被廣泛應(yīng)用于文本數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)圖像數(shù)據(jù)以及圖像數(shù)據(jù)中。目前來看，最常用的無損壓縮格式有PE、FLAC、TAK、WavPack等幾種，最常使用的壓縮方法有Shannon-Fano 編碼、Huffman 編碼，游程（Run-length）編碼LZW（Lempel-Ziv-Welch）編碼和算術(shù)編碼等。盡管現(xiàn)階段已有海量的存儲器以及高速的處理其速度，但是仍然對數(shù)據(jù)的存儲有一定的需求，因此研究出更理想的圖像壓縮方法能夠有效減少存儲空間，對其具有重要的意義[2]。

1 圖像壓縮

圖像在壓縮的過程中有以下2大類：（1）有損壓縮；（2）無損壓縮。從有損壓縮角度來看，主要利用分形以及多分辨率編碼，從無損壓縮角度來看，主要包括字典以及預(yù)測等方法[3]。目前來看，對圖像的處理有許多的方法，因此在應(yīng)用效果方面較為理想。從信息論的角度來看，圖像是一個信源，是描述海量數(shù)據(jù)的綜合方式。圖像壓縮主要是將多余的不需要的信息進(jìn)行處理。通過輸入圖像-變換器-熵編碼器-壓縮圖像等方式來進(jìn)行相關(guān)處理，其中變換器主要值得是利用DPCM（整數(shù)差分脈碼調(diào)制）以及ritiwt（可逆整數(shù)小波變換）來有效減少圖像數(shù)據(jù)的相關(guān)性；熵編碼器（算術(shù)編碼器、LZ系列編碼器）主要利用1個模型來確定概率是個的編碼，繼而讓輸出的編碼能夠小于輸入流。

2 可逆變換算法

2.1 預(yù)測方法

預(yù)測方法主要是通過對每一個像素信息進(jìn)行編碼和提取，繼而能夠消除部分多余而無用的消息，為了能夠有效實(shí)現(xiàn)預(yù)測的可逆性，因此需要對整個結(jié)果進(jìn)行提取。其主要公式為：（1）en=X（n）-X（n）；（2）X（n）=en+X（n）.從上述公式來看，其中X（n）是預(yù)測器根據(jù)相關(guān)預(yù)測結(jié)果得到的數(shù)據(jù)，而預(yù)測器則主要是根據(jù)M個像素的線性組合生成的。利用預(yù)測編碼的相關(guān)優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算能夠比較容易實(shí)現(xiàn)，但是，預(yù)測編碼也存在一定的劣勢，主要表現(xiàn)在某個像素之間與同一組像素之間產(chǎn)生較大的差異時(shí)會相應(yīng)的擴(kuò)大預(yù)測誤差，繼而在一定程度上影響到了預(yù)測結(jié)果。

2.2 可逆整數(shù)小波變換

可逆整數(shù)小波變換的方案在很大程度上提高了整數(shù)到整數(shù)的小波變換，繼而使得小波變換能夠有效應(yīng)用于無損壓縮的領(lǐng)域當(dāng)中，根據(jù)JPEG1844（靜止圖像標(biāo)準(zhǔn)）可以采用（5，4）整數(shù)小波變換來實(shí)現(xiàn)無損壓縮。可逆整數(shù)小波變換的方案能夠?qū)⑿〔ㄗ儞Q的多分辨特性發(fā)揮得淋漓盡致，在一定程度上放棄了平移和升縮，此類方案既能夠分解相關(guān)信號，也能夠通過預(yù)測計(jì)算以及更新結(jié)算進(jìn)行基本的提高[4]。

3 熵編碼計(jì)算方法

3.1 LZW編碼

LZW編碼是字典方法的一種，其最早是由LZ77以及LZ78發(fā)展而來[5]。LZW編碼的主要原理是利用字典把每個字符串編碼為1個標(biāo)識，在此基礎(chǔ)上，找出重復(fù)出現(xiàn)的編碼字符，并且以標(biāo)識來代替字符串，在最后達(dá)到壓縮的目的?？偠灾?，LZW編碼的基本原理是通過字符的讀取，一旦在字典中找到適合的匹配，自然也能夠用字典復(fù)制代替找到的字符，在完成此種工序后把字符加入到字典中讀出下一個相關(guān)的字符，并且直到循環(huán)結(jié)束才完成此項(xiàng)工作。

基本的編碼流程表現(xiàn)在以下幾個方面：

初始化的字典常常使用8位字符，置碼字CODE，搜索字S；

在編碼器內(nèi)輸入下一個字符F，輸完之后則停止；

S=Sc，將字符c串接在S后；

搜索字符S，成功結(jié)束后則轉(zhuǎn)向；

輸出CODE，將Sc添加到字典中去；

S=CODE轉(zhuǎn)到編碼器內(nèi)輸入下一個字符F，輸完之后則停止。

從上述具體步驟來看，字典質(zhì)量的高低決定了壓縮效果的質(zhì)量高低，簡而言之字典中的詞條越短則壓縮比就會越低，總而言之，加大字典的壓縮容量就能夠加大壓縮比但是字典的容量。從另外一個角度來看，字典中的容量會受到計(jì)算機(jī)內(nèi)存的限制，而字典也存在被填滿的可能性，因此當(dāng)字典不能再加入新的詞條之后，舊的字典則很難保證比較高的壓縮比。

3.2 HUFFMAN編碼

HUFFMAN編碼屬于統(tǒng)計(jì)壓縮方法（此方法采用的是變長編碼），長編碼是出現(xiàn)概率最小的符號，短編碼是出現(xiàn)概率最大的符號，繼而能夠使得其平均編碼實(shí)現(xiàn)壓縮。HUFFMAN編碼的主要流程體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）統(tǒng)計(jì)灰度頻率；（2）建立灰度序列表W；（3）在W序列中選出最小的概率。

4 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字圖像技術(shù)應(yīng)用無損壓縮模式中的可逆整數(shù)小波變換方法是最理想的。除此之外，由于每種方法都有其特點(diǎn)，所以應(yīng)該根據(jù)圖像的具體特點(diǎn)來進(jìn)行相關(guān)選擇，以期能夠達(dá)到最好的應(yīng)用效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]路建方，王新賽，賀明等.基于ADV212芯片的紅外視頻無損壓縮研究[J].紅外，2013，34（1）：2001-2004，1000.

[2]王春潔，沈燕飛，盧毓海等.無損壓縮中基于塊的梯度預(yù)測模式[J].計(jì)算機(jī)工程，2013，16（6）：2900-2904，1211.

[3]周雨田，左芝勇，張?zhí)煨虻?基于空間-時(shí)間多預(yù)測模式的無損壓縮方法[J].計(jì)算機(jī)與數(shù)字工程，2015，11（8）：1481-1485.

[4]羅堅(jiān)，趙蘇璇，姜勇強(qiáng)等.氣象格點(diǎn)資料的準(zhǔn)無損壓縮方法[J].數(shù)據(jù)采集與處理，2011，26（3）：3200-3205，1244.

[5]劉雄恩，黃曉陽.一種離散色調(diào)圖像無損壓縮方法[J].廈門大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，53（1）：3001-3005，1544.

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