【正文】 雖然人們總是期望無損壓縮，但冗余度很少的信息對象用無損壓縮技術(shù)并不能得到可接受的結(jié)果。最后對有損壓縮的機制進行介紹。 第三節(jié) 本章小結(jié) 在上一章的基礎(chǔ)上，本章則是介紹了圖像壓縮技術(shù)中的一個重要成員，圖像有損壓縮技術(shù)。 ② 預(yù)測編解碼 ： 先前的數(shù)據(jù)以及隨后解碼數(shù)據(jù)用來預(yù)測當(dāng)前的聲音采樣或者圖像幀，預(yù)測數(shù)據(jù)與實際數(shù)據(jù)之間的誤差以及其 它一些重現(xiàn)預(yù)測的信息進行量化與編碼。人的視覺對于邊緣急劇變化不敏感 （ 視覺掩蓋效應(yīng) ） ，對顏色分辨力弱，利用這些特征可以在相應(yīng)部分 ， 適當(dāng)降低編碼精度而使人從視覺上并不感覺到重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 10 圖像質(zhì)量的下降，從而達到對數(shù)字圖像有損壓縮的目的。相鄰幀間 對應(yīng)像素之間的相關(guān)性稱 為 時域相關(guān)性。在圖像的同一行相鄰像素之間，相鄰像素之間，活動圖像的相鄰幀的對應(yīng)像素之間往往存在很強的相關(guān)性，去除或減少這些相關(guān)性，也即去除或減少圖像信息中的冗余度也就實現(xiàn)了對數(shù)字圖像的有損壓縮。 圖像的冗余包括以下幾種： ① 空間冗余：像素點之間的相 關(guān)性； ② 時間冗余：活動圖像兩個連續(xù)幀之間的冗余； ③ 信息熵冗余：單位信息量大于其熵； ④ 結(jié)構(gòu)冗余：區(qū)域上存在非常強的紋理結(jié)構(gòu)； ⑤ 知識冗余：有固定的結(jié)構(gòu)，如人的頭像； ⑥ 視覺冗余：某些圖像的失真是人眼不易覺察的。所謂冗余度是由于一副圖像的各像素之間存在著很大的相關(guān)性，可利用一些編碼的方法刪去它們，從而達到減少冗余壓縮數(shù)據(jù)的目的。 第二節(jié) 有損壓縮機制 由于圖像數(shù)據(jù)之間存在這一定的冗余，所以使得數(shù)據(jù)的壓縮成為可能。它是與無損數(shù)據(jù)壓縮對應(yīng)的壓縮方法。這種方法經(jīng)常用于因特網(wǎng)尤其是流媒體以及電話領(lǐng)域。有損數(shù)據(jù)壓縮方法是經(jīng)過壓縮、解壓的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)不同但是非常接近的壓縮方法。 在多媒體應(yīng)用中，常見的壓縮方法 [11]有： PCM（ 脈沖編碼調(diào)制 ） ，預(yù)測編碼，變換編碼，重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 插值和外推法，統(tǒng)計編碼，矢量量化和子帶編碼等，混合編碼是近年來廣泛采用的方法。如果使用了有損壓縮的圖像僅在屏幕上顯示，可能對圖像質(zhì)量影響不太大，至少對于人類眼睛的識別程度來說區(qū)別不大。利用有損壓縮技術(shù)，某些數(shù)據(jù)被有意地刪除了，而被取消的數(shù)據(jù)也不再恢復(fù)。當(dāng)在 生物學(xué)中的大量實驗證明，人類大腦會利用與附近最接近的顏色來填補所丟失的顏色。因為人的眼睛對光線比較敏感，光線對景物的作用比顏色的作用更為重要，這就是有損壓縮技術(shù)的基本依據(jù)。常見的聲音、圖像、視頻壓縮基本都是有損的。 第一節(jié) 有損壓縮概述 有損壓縮 [10]是對利用了人類是絕對圖像或聲波中的某些頻率成分不敏感的特性，允許壓縮過程中損失一定的信息；雖然不能完全回復(fù)原始數(shù)據(jù)，但是所損失的部分對理解原始圖像的影響縮小有損壓縮， 卻換來了大得多的壓縮比。圖像壓縮的目的就是把原來較大的圖像用盡量少的字節(jié)表示和傳輸 ， 并且要求復(fù)原圖像有較好的質(zhì)量。最后分別介紹了圖像壓縮技術(shù)的分類。是指以較少的比特有損或無損地表示原來的像素矩陣的技術(shù)，也稱圖像編碼。 本章重點對現(xiàn)代圖像壓縮技術(shù)進行概括性介紹。 第五節(jié) 本章小結(jié) 圖像壓縮技術(shù)已經(jīng)為開拓全新的應(yīng)用領(lǐng)域打下了堅實的基礎(chǔ)。元數(shù)據(jù)是指詳細(xì)的描述音 /視頻信息的基本元素，利用元數(shù)據(jù)來描述音視頻對象的同時也就完成了編碼，因為此時編碼的對象是圖像的一種描述而不再是圖像本身。另外，任意形狀物體的模型建立的關(guān)鍵問題還沒有解決，這嚴(yán)重影響其應(yīng)用的廣泛性。 第四節(jié) 圖像壓縮技術(shù)的發(fā)展趨勢 從國際數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)的發(fā)展尤其是 MPEG 的發(fā)展可以看出，基于內(nèi)容的圖像壓縮編碼方法是未來編碼的發(fā)展趨勢。這些圖像信號可以進行特征保持型數(shù)據(jù)壓縮。例如識別軍艦類型、巡航導(dǎo)彈地形識別等只要輪廓信息就可以了。 ③ 特征保持型數(shù)據(jù)壓 縮 （ 有損壓縮 ）： 許多圖像處理的目的是為了計算機的識別、分析、控制，這時并不需要圖像的全部細(xì)節(jié)及灰度細(xì)節(jié)。 ② 保真度型數(shù)據(jù)壓縮 ： 傳送的圖像應(yīng)該能夠適應(yīng)通信的通道限制，若接收端是人觀看的情況，由于人眼的生理特性不需要過高的空間分辨率和灰度分辨率，因此在壓縮過程中允許丟失一些人感覺不到的信息，這就是一種允許微量失真的圖像壓縮。例如短時隨機存取主要用于處理過程中的各個環(huán)節(jié)的存儲，它要求經(jīng)過不同存儲介質(zhì)多次重復(fù)不變質(zhì)、不失真。數(shù)字圖像數(shù)據(jù)量的壓縮按應(yīng)用不同可分為以下三類： ① 信息保持型數(shù)據(jù)壓縮 （ 無損壓縮 ）： 它要求壓縮圖像的比特數(shù)而不丟失任何信息。 以下的特點：低碼率、高質(zhì)量、可達到比 +提高一倍以上的編碼效率；廣闊的應(yīng)用范圍，既可用于嚴(yán)格時延限制的實時通信，可用于對時延要求不高的其他應(yīng)用；穩(wěn)健性，在網(wǎng)絡(luò)中傳輸時，有較強的抗誤碼性能；對各種網(wǎng)絡(luò)的友好性，提供了友好的網(wǎng)絡(luò)接口。該標(biāo)準(zhǔn)于 2020 年 3 月完成，在 ITUT 中被稱為 Remendation H .264 而在ISO/IEC 中成為 MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)的第 10 部分（ ISO/IEC 1449610 AVC，簡稱 MPEG410）。它在 +的基礎(chǔ)上增加了三個高級模式。通重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 過使用去方塊效應(yīng)濾波器，降低分辨率更新模式和修正量化模式等新技術(shù)，重建圖像的主觀質(zhì)量顯著提高。 +[8]即 ITUT 在 1998 年通過的 第二版，增加了 12 個新的高級模式，修正了第一版中的非限制運動矢量模式。另外， 還在 基本編碼算法的基礎(chǔ)上提供了四種可選編碼模式：非限制運動矢量模式、基于語法的算術(shù)編碼模式、高級預(yù)測模式以及 PB 幀模式。 采用第一代編碼技術(shù)，在低速率視頻傳輸質(zhì)量，抗誤碼能力方面有明顯提高，在視頻業(yè)務(wù)傳輸中得到廣泛應(yīng)用。之后， ITUT 又對其進行了補充，以提高編碼效率，增強編碼功能。 1995 年，在 的基礎(chǔ)上， ITUT 總結(jié)當(dāng)時國際上視頻圖像壓縮編碼的最新進展，針對低比特率視頻應(yīng)用制定了 標(biāo)準(zhǔn)。它建議采用中間格式 CIF（ Common Intermediate Format）和 QCIF（ Quarter CIF）解決不同制式通信的矛盾；解決了編碼算法問題。它允許 “ 采用 p?64kbit 的圖像業(yè)務(wù)的圖像編解碼 ” ，因而 簡稱 p?64。經(jīng)過研究與努力， 1988 年形成草案， 1990 年 12 月通過 ITUT 的 [7]建議。目前，這一標(biāo)準(zhǔn)仍處于開發(fā)當(dāng)中。重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 MPEG21的基本框架要素包括數(shù)字項目說明、內(nèi)容表示、數(shù)字項目的識別和描述、內(nèi)容管理和使用、知識產(chǎn)權(quán)管理和保護、終端和網(wǎng)絡(luò)、事件報告等。另外， MPEG7 在教育、新聞、導(dǎo)游信息、娛樂、研究業(yè)務(wù)、地理信息系統(tǒng)、醫(yī)學(xué)、購物、建筑等各方面均有較深的應(yīng)用潛力。 MPEG7 的應(yīng)用范圍廣泛，既可以應(yīng)用于存儲，也可用于流式應(yīng)用（如廣播、將模型加入 Inter 等）。 MPEG7 由 MPEG 委員會于 1998 年 10 月提出提議， 2020 年 9 月正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)，又稱為 “ 多媒體內(nèi)容描述接口（ Multimedia Content Description Interface） ” ，其目標(biāo)是建立對多媒體信息內(nèi)容的標(biāo)準(zhǔn)化描述，試圖規(guī)范不同種類多媒體信息的描述而不受表達形式的限制。 MPEG4 利用很窄的帶寬，通過幀重建技術(shù)，壓縮和傳輸數(shù)據(jù)，以求以最少數(shù)據(jù)獲得最佳圖像質(zhì)量。在編碼方案上， MPEG4 仍是以塊為基礎(chǔ)的混合編碼。由于 MPEG4 的中心是基于內(nèi)容與交互性的，它就不再對低碼率范圍做出特別要求。 MPEG 專家組深入分析了信息領(lǐng)域中計算機、通信以及以電視為代表的消費電器即 3C 交叉融合的方式后，認(rèn)為 MPEG4 應(yīng)提供用于通信的新方式，其中心是基于內(nèi)容的 AV 信息存儲、處理與操作，支持交互性、高壓縮比以及通用存儲性等功能。 MPEG2 所能提供的傳輸率在 3~10Mb/s 間，在 NTSC 制下的分辨率可達720486；可提供廣播級的視像和 CD 級的音質(zhì)；向下兼容 MPEG1，使得大多數(shù) MPEG2解碼器可播放 MPEG1 格式的數(shù)據(jù)，如 VCD； MPEG2 除了作為 DVD 的指定標(biāo)準(zhǔn)外，還可以用于為廣播 、有線電視網(wǎng)、電纜網(wǎng)絡(luò)以及衛(wèi)星直播提供廣播級的數(shù)字視頻； MPEG2可提供一個較廣范圍的壓縮比，以適應(yīng)不同畫面質(zhì)量、存儲容量以及帶寬的要求。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 MPEG2 制定于 1994 年，其設(shè)計目標(biāo)是高級工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的圖像質(zhì)量以及更高的傳輸率。 MPEG1 追求高的壓縮比，去除圖像序列的時間冗余度，同時滿足多媒體等隨機存取的要求。 MPEG1 是 1991 年 11 月提出草案， 1992 年 11 月通過， 1993 年 8 月公布的。 MPEG 最初的三個任務(wù)是制定 ， 10Mb/s， 40Mb/s 的壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，即 MPEG MPEG MPEG3，后因 MPEG2 的功能使 MPEG3 多余，故MPEG3 被撤消?？扇我庵付▓D像上感興趣區(qū)域的壓縮質(zhì)量，亦可以選擇指定的部分先解壓縮以突出重點。 JPEG2020的新特征有： JPEG2020 作為 JPEG 的升級版，具有良好的低比特率性能，特別是對細(xì)節(jié)豐富的圖像以 的比特率進行壓縮時，總體上其壓縮率比 JPEG 高約 30%左右 ； JPEG2020 同時支持有損和無損壓縮；而 JPEG 只支持有損壓縮 ； JPEG2020 能實現(xiàn)漸進傳送。自 1997年 3月開始籌劃， 2020年規(guī)定基本編碼系統(tǒng)的最終協(xié)議草案才提出。因此，更高壓縮率以及更多功能的新一代靜止影像壓縮技術(shù) JPEG2020就誕生了。由于 JPEG優(yōu)良的品質(zhì)，使它 在短短幾年內(nèi)就獲得極大的成功。它在較低的計算復(fù)雜度下，能提供較高的壓縮比與保真度 [3]。 第二節(jié) 圖像壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 一 、靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn) ① JPEG標(biāo)準(zhǔn) ： JPEG全名為 Joint Photographic Experts Group，是一個在國際標(biāo)準(zhǔn)組織（ ISO）下從事靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)制 定的委員會。 圖像數(shù)據(jù)之所以可以進行壓縮，主要是因為一般原始圖像數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，都含有大量的冗余信息。而對大量圖像數(shù)據(jù)進行傳輸要保證其傳輸?shù)馁|(zhì)量、速度等，對其進行存儲也要考慮其大小容量等。但是每種技術(shù)出現(xiàn)的同時，都 有制約其發(fā)展的一面。 在我們的生活中無論是普通人還是一些工作在科研領(lǐng)域的科技工作者，都會對數(shù)據(jù)信息進行傳輸與存儲有所接觸。 重慶郵電大學(xué)移通學(xué)院本 科畢業(yè)設(shè)計（論文） 2 第 一 章 圖像壓縮技術(shù)的研究及進展 第一節(jié) 圖像壓縮技術(shù)概述 圖像壓縮就是減少表示數(shù)字圖像時需要的數(shù)據(jù)量。有損壓縮編碼不具有可恢復(fù)性和可逆性，該編碼在壓縮時 舍棄冗余的數(shù)據(jù)。有損壓縮經(jīng)常用于壓縮音頻、灰度或彩色圖像和視頻對象等，因為它們并不要求精確的數(shù)據(jù)。 雖然人們總是期望無損壓縮，但冗余度很少的信息對象，用無損壓縮技術(shù)并不能得到可接受的結(jié)果。圖像數(shù)據(jù)之所以可以進行壓縮，主要是因為一般原始圖像數(shù)據(jù)是高度相關(guān)的，都含有大量的冗余信息。 圖像壓縮的目的就是把原來較大的圖像用盡量少的字節(jié)表示和傳輸 ， 并且要求復(fù)原圖像有較好的質(zhì)量。而對大量圖像數(shù)據(jù)進行傳輸要保證其傳輸?shù)馁|(zhì)量、速度等，對其進行存儲也要考慮其大小 容量等。 Although not fully recover the raw data, but the loss of part of understanding the influence of the original image is narrow, but the much larger pression ratio. Common voice, image and video pression are hurt. In multimedia applications, the mon pression method are: predictive coding, transform coding, vector quantization coding and fractal coding, etc., hybrid coding is a widely used method in recent years. Lossy data pression method is pressed and depressed data with different but very close to the original data pression method. Lossy data pression is also called destructiveness pression, data pression is of secondary importance, sacrifice some quality to reduce the amount of data, to improve the pression ratio. It is corresponding pression and lose data pression method. Accordi