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數(shù)字視頻圖像是最重要的信息媒體之一，它具有直觀、生動(dòng)和內(nèi)涵豐富的特點(diǎn)。但是，由于數(shù)字圖像的數(shù)據(jù)量非常之大，這給圖像的存儲(chǔ)、傳送和處理都帶來很大困難。解決這一問題最常用的方法是進(jìn)行數(shù)字圖像壓縮編碼，在保證圖像質(zhì)量的前提下，最大限度地降低圖像的數(shù)據(jù)量，以減少數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量，節(jié)約傳送和處理的時(shí)間。

能夠進(jìn)行圖像壓縮的機(jī)理主要來自兩個(gè)方面:一是圖像信號(hào)中存在著大量的統(tǒng)計(jì)冗余（如頻譜冗余、空間冗余、時(shí)間冗余等）可供壓縮，這種冗余度在解碼之后可無失真地恢復(fù)；二是利用人眼的視覺生理冗余，如人眼對(duì)色彩的高頻分量沒有對(duì)亮度的高頻分量敏感，對(duì)圖像高頻（細(xì)節(jié)）處的噪聲不敏感等，在不被主觀視覺察覺的容艱內(nèi)，通過減少信號(hào)的精度，以一定的客觀失真換取數(shù)據(jù)壓縮。

最基本的圖像壓縮編碼方法有統(tǒng)計(jì)編碼、預(yù)測編碼、變換編碼，以后又出現(xiàn)了子帶編碼、分形編碼、小波變換編碼等。這里僅對(duì)這些壓縮編碼技術(shù)進(jìn)行概述。

一、統(tǒng)計(jì)編碼

統(tǒng)計(jì)編碼是根據(jù)像素灰度值出現(xiàn)概率的分布特性而進(jìn)行的壓縮編碼，或根據(jù)各個(gè)信號(hào)源符號(hào)出現(xiàn)的概率不同而進(jìn)行的概率匹配編碼。它在不引起任何失真的前提下，可以將傳輸每一信源符號(hào)所需的平均碼長降至最低。統(tǒng)計(jì)編碼是識(shí)別一個(gè)給定的碼流中出現(xiàn)頻率最高的比特和字節(jié)模式，利用比原始比特更少的比特來對(duì)其編碼。也就是頻率越低的模式，其編碼位數(shù)越多，頻率越高的模式編碼位數(shù)越少。

統(tǒng)計(jì)編碼是無損壓縮（即無失真壓縮），通常可分為兩大類。

（1）模式替換。是常用于文本信息的編碼。對(duì)多次出現(xiàn)的字符，即常見詞用一個(gè)字符替代，如將出現(xiàn)“Communication”的地方用“C”替代，“Netwok”用“N”替換。

（2）Huffman編碼。是一種常見的統(tǒng)計(jì)編碼。對(duì)給定的數(shù)據(jù)流，計(jì)算每個(gè)字節(jié)的出現(xiàn)頻率。根據(jù)頻率表，運(yùn)用Huffman算法可確定分配給每個(gè)字符的最小位數(shù)，然后給出一個(gè)最優(yōu)的編碼，代碼字傳入代碼簿。Huffman編碼適用于壓縮靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像。根據(jù)參數(shù)，可對(duì)幾個(gè)或一組圖像構(gòu)造出一個(gè)新的代碼簿。在運(yùn)動(dòng)圖像中，可重新計(jì)算一個(gè)或一系列幀的代碼簿。在所有情況下，都必須將代碼簿從源端傳到目標(biāo)端才能進(jìn)行譯碼。它的優(yōu)點(diǎn)是能很好地與代編碼符號(hào)的概率分布匹配，使平均碼長達(dá)到最短；但其硬件實(shí)現(xiàn)較為復(fù)雜；編碼要求確知信源的統(tǒng)計(jì)特性，即各信源符號(hào)的出現(xiàn)概率，否則編碼效率要明顯下降。

二、差分或預(yù)測編碼

預(yù)測編碼就是用己經(jīng)編碼傳送的像素，預(yù)測實(shí)際要傳送的像素。即從實(shí)際要傳送的像素值中減去預(yù)測的像素值，傳送它們的差值，因而也稱為差分編碼。顯然，傳送差值比傳送原圖像值所需的比特率要低。因?yàn)閳D像各像素間存在著強(qiáng)烈的相關(guān)性，采用預(yù)測編碼可減少像素間的相關(guān)性，提高傳輸效率、壓縮比特率。差分編碼特別適用于其連續(xù)值與零值差別很大而彼此之間差異不大的信號(hào)。因此，碼非常適用于運(yùn)動(dòng)圖像信號(hào)（它僅傳送圖像的差異）或音頻信號(hào)。預(yù)測編碼有無損預(yù)測與有損預(yù)測之分。實(shí)際中由于預(yù)測值的確定方法不同，各種預(yù)測技術(shù)也就有所差別。

差分編碼技術(shù)有3大類：DPCM、6調(diào)制和ADPCM。DPCM（差分脈沖編碼調(diào)制），是一種實(shí)用的有損預(yù)測編碼技術(shù)，也是最早的一種數(shù)字圖像壓縮技術(shù)，其原理是當(dāng)前的像素可由它鄰近的像素值預(yù)測而得，也就是說，其冗余度可由鄰近的像素來確定。據(jù)此，再對(duì)當(dāng)前的像素和預(yù)測像素的差值進(jìn)行量化、編碼?？紤]到在高性能和復(fù)雜性之間的折中，通常用于幀內(nèi)預(yù)測（二維預(yù)測）的鄰近像素的個(gè)數(shù)并不多.（不超過4個(gè)），使用更多的像素并不能獲得預(yù)測性能的顯著改進(jìn)。對(duì)于幀間預(yù)測（三維預(yù)測），一般只用相鄰幀的對(duì)應(yīng)像素進(jìn)行預(yù)測。圖像的相關(guān)性越大，其預(yù)測誤差越小，取得的壓縮比也越大。DPCM相對(duì)說來是一種比較容易實(shí)現(xiàn)的壓縮方法，但在較低速率時(shí)其壓縮能力一般不如下面的變換編碼好。

三、變換編碼

預(yù)測編碼是直接在空域?qū)D像進(jìn)行壓縮處理的，而變換編碼相當(dāng)于在頻域進(jìn)行壓縮處理。變換編碼的基本原理是通過正交函數(shù)把圖像從空間域轉(zhuǎn)換為能量比較集中的變換域，然后對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行量化和編碼，從而達(dá)到縮減數(shù)碼率的目的。因此，變換編碼也稱正交變換編碼。對(duì)于大多數(shù)自然界圖像變換得到的變換域的系數(shù)，有些值很小，這些系數(shù)可較粗地量化，或甚至完全忽略掉而只產(chǎn)生很小的失真。雖然失真很小，但信息仍有損失，因而變換編碼是有損壓縮編碼方法。變換編碼是一種源編碼方法，而源編碼要考慮被壓縮信號(hào)的性質(zhì)，特別是它有賴于音頻、靜態(tài)圖像和動(dòng)態(tài)圖像的特征。