第9章图象的压缩编码,JPEG压缩编 码标准 在介绍图象的压缩编码之前,先考虑一个问题:为什么要压缩?其实这个问题不用我回答, 你也能想得到。因为图象信息的数据量实在是太惊人了。举一个例子就明白:一张 A4(2l0mm×297m)幅面的照片,若用中等分辨率(3odpi)的扫描仪按真彩色扫描,其数据 量为多少?让我们来计算一下:共有(300×210254)×(300×297/254)个象素,每个象素占3 个字节,其数据量为26M字节,其数据量之大可见一斑了 如今在 Internet上,传统基于字符界面的应用逐渐被能够浏览图象信息的 www(World Wide web)方式所取代。WWW尽管漂亮,但是也带来了一个问题:图象信息的数据量太大了, 本来就已经非常紧张的网络带宽变得更加不堪重负,使得 World Wide Web变成了 World Wide wait。 总之,大数据量的图象信息会给存储器的存储容量,通信干线信道的带宽,以及计算机的处 理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容量,提高信道带宽以及计算机的处理速度等方 法来解决这个问题是不现实的,这时就要考虑压缩。 压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度来看,压缩就是去掉信息中的冗余,即保留不确 定的信息,去掉确定的信息(可推知的),也就是用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗 余的描述。这个本质的东西就是信息量(即不确定因素)。 压缩可分为两大类:第一类压缩过程是可逆的,也就是说,从压缩后的图象能够完全恢复出 原来的图象,信息没有任何丢失,称为无损压缩:第二类压缩过程是不可逆的,无法完全恢 复出原图象,信息有一定的丢失,称为有损压缩。选择哪一类压缩,要折衷考虑,尽管我们 希望能够无损压缩,但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数与压缩后图象占的字 节数之比,压缩比越大,说明压缩效率越高)比无损压缩的高 图象压缩一般通过改变图象的表示方式来达到,因此压缩和编码是分不开的。图象压缩的主 要应用是图象信息的传输和存储,可广泛地应用于广播电视、电视会议、计算机通讯、传真、 多媒体系统、医学图象、卫星图象等领域。 压缩编码的方法有很多,主要分成以下四大类:(1)象素编码;(2)预测编码;(3)变换编码 (4)其它方法 所谓象素编码是指,编码时对每个象素单独处理,不考虑象素之间的相关性。在象素编码中 常用的几种方法有:(1)脉冲编码调制( Pulse Code modulation,简称PCM);(2)熵编码( Entropy Coding);(3)行程编码( Run Length Coding):(4)位平面编码( Bit Plane Coding)。其中我们要介 绍的是熵编码中的哈夫曼( luffman)编码和行程编码(以读取PCX文件为例) 所谓预测编码是指,去除相邻象素之间的相关性和冗余性,只对新的信息进行编码。举个简 单的例子,因为象素的灰度是连续的,所以在一片区域中,相邻象素之间灰度值的差别可能 很小。如果我们只记录第一个象素的灰度,其它象素的灰度都用它与前一个象素灰度之差来 表示,就能起到压缩的目的。如248,2,1,0,1,3,实际上这6个象素的灰度是248,250,第 9 章 图象的压缩编码，JPEG 压缩编 码标准 在介绍图象的压缩编码之前，先考虑一个问题：为什么要压缩？其实这个问题不用我回答， 你也能想得到。因为图象信息的数据量实在是太惊人了。举一个例子就明白：一张 A4(210mm×297mm) 幅面的照片，若用中等分辨率(300dpi)的扫描仪按真彩色扫描，其数据 量为多少？让我们来计算一下：共有(300×210/25.4) ×(300×297/25.4)个象素，每个象素占 3 个字节，其数据量为 26M 字节，其数据量之大可见一斑了。 如今在 Internet 上，传统基于字符界面的应用逐渐被能够浏览图象信息的 WWW(World Wide Web)方式所取代。WWW 尽管漂亮，但是也带来了一个问题：图象信息的数据量太大了， 本来就已经非常紧张的网络带宽变得更加不堪重负，使得 World Wide Web 变成了 World Wide Wait。 总之，大数据量的图象信息会给存储器的存储容量，通信干线信道的带宽，以及计算机的处 理速度增加极大的压力。单纯靠增加存储器容量，提高信道带宽以及计算机的处理速度等方 法来解决这个问题是不现实的，这时就要考虑压缩。 压缩的理论基础是信息论。从信息论的角度来看，压缩就是去掉信息中的冗余，即保留不确 定的信息，去掉确定的信息(可推知的)，也就是用一种更接近信息本质的描述来代替原有冗 余的描述。这个本质的东西就是信息量(即不确定因素)。 压缩可分为两大类：第一类压缩过程是可逆的，也就是说，从压缩后的图象能够完全恢复出 原来的图象，信息没有任何丢失，称为无损压缩；第二类压缩过程是不可逆的，无法完全恢 复出原图象，信息有一定的丢失，称为有损压缩。选择哪一类压缩，要折衷考虑，尽管我们 希望能够无损压缩，但是通常有损压缩的压缩比(即原图象占的字节数与压缩后图象占的字 节数之比，压缩比越大，说明压缩效率越高)比无损压缩的高。 图象压缩一般通过改变图象的表示方式来达到，因此压缩和编码是分不开的。图象压缩的主 要应用是图象信息的传输和存储，可广泛地应用于广播电视、电视会议、计算机通讯、传真、 多媒体系统、医学图象、卫星图象等领域。 压缩编码的方法有很多，主要分成以下四大类：(1)象素编码；(2)预测编码；(3)变换编码； (4)其它方法。 所谓象素编码是指，编码时对每个象素单独处理，不考虑象素之间的相关性。在象素编码中 常用的几种方法有：(1)脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，简称 PCM)；(2)熵编码(Entropy Coding)；(3)行程编码(Run Length Coding)；(4)位平面编码(Bit Plane Coding)。其中我们要介 绍的是熵编码中的哈夫曼(Huffman)编码和行程编码(以读取.PCX 文件为例)。 所谓预测编码是指，去除相邻象素之间的相关性和冗余性，只对新的信息进行编码。举个简 单的例子，因为象素的灰度是连续的，所以在一片区域中，相邻象素之间灰度值的差别可能 很小。如果我们只记录第一个象素的灰度，其它象素的灰度都用它与前一个象素灰度之差来 表示，就能起到压缩的目的。如 248，2，1，0，1，3，实际上这 6 个象素的灰度是 248，250