数字图像压缩技术的研究及发展分析

手机通信编程课程论文题目数字图像压缩技术的研究及发展分析学生姓名王李超学号20102334038院系滨江学院电子工程专业通信工程2012年06月数字图像压缩技术的研究及发展分析学号：20102334038姓名王李超专业通信工程

摘

要:数字图像压缩技术对于数字图像信息在网络上实现快速传输和实时处理具有重要的意义。本文介绍了当前几种最为重要的图像压缩算法:JPEG、JPEG2000、分形图像压缩和小波变换图像压缩,总结了它们的优缺点及发展前景。然后简介了任意形状可视对象编码算法的研究现状,并指出此算法是一种产生高压缩比的图像压缩算法。

关键词:数字图像;图像压缩;压缩技术;任意形状可视对象编码1.数字图像压缩1.1.1、JPEG压缩

负责开发静止图像压缩标准的“联合图片专家组”(JointPhotographicExpertGroup,简称JPEG),于1989年1月形成了基于自适应DCT的JPEG技术规范的第一个草案,其后多次修改,至1991年形成ISO10918国际标准草案,并在一年后成为国际标准,简称JPEG标准。

1.1.JPEG压缩原理及特点

JPEG算法中首先对图像进行分块处理,一般分成互不重叠的大小的块,再对每一块进行二维离散余弦变换(DCT)。变换后的系数基本不相关,且系数矩阵的能量集中在低频区,根据量化表进行量化,量化的结果保留了低频部分的系数,去掉了高频部分的系数。量化后的系数按zigzag扫描重新组织,然后进行哈夫曼编码。JPEG的特点如下:

优点:(1)形成了国际标准;(2)具有中端和高端比特率上的良好图像质量。

缺点:(1)由于对图像进行分块,在高压缩比时产生严重的方块效应;(2)系数进行量化,是有损压缩;(3)压缩比不高,小于50。

JPEG压缩图像出现方块效应的原因是:一般情况下图像信号是高度非平稳的,很难用Gauss过程来刻画,并且图像中的一些突变结构例如边缘信息远比图像平稳性重要,用余弦基作图像信号的非线性逼近其结果不是最优的。

1.1.2、JEPG2000压缩

JPEG2000是由ISO/IECJTCISC29标准化小组负责制定的全新静止图像压缩标准。一个最大改进是它采用小波变换代替了余弦变换。2000年3月的东京会议,确定了彩色静态图像的新一代编码方式—JPEG2000图像压缩标准的编码算法。

1.JPEG2000压缩原理及特点有一部分冗余度可以去除,而且其解码图像中存在着明显的方块效应。

1.5、其它压缩算法

除了以上几种常用的图像压缩方法以外,还有:NNT(数论变换)压缩、基于神经网络的压缩方法、Hibert扫描图像压缩方法、自适应多相子带压缩方法等,在此不作赘述。下面简单介绍近年来任意形状纹理编码的几种算法[10]~[13]。

(1)形状自适应DCT(SA-DCT)算法

SA-DCT把一个任意形状可视对象分成的图像块,对每块进行DCT变换,它实现了一个类似于形状自适应GilgeDCT[10][11]变换的有效变换,但它比GilgeDCT变换的复杂度要低。可是,SA-DCT也有缺点,它把像素推到与矩形边框的一个侧边相平齐,因此一些空域相关性可能丢失,这样再进行列DCT变换,就有较大的失真了[11][14][15]。

(2)形状自适应离散小波变换(SA-DWT)

Li等人提出了一种新颖的任意形状对象编码,SA-DWT编码[18]~[22]。这项技术包括SA-DWT和零树熵编码的扩展(ZTE),以及嵌入式小波编码(EZW)。SA-DWT的特点是:经过SA-DWT之后的系数个数,同原任意形状可视对象的像素个数相同;小波变换的空域相关性、区域属性以及子带之间的自相似性,在SA-DWT中都能很好表现出来;对于矩形区域,SA-DWT与传统的小波变换一样。SA-DWT编码技术的实现已经被新的多媒体编码标准MPEG-4的对于任意形状静态纹理的编码所采用。

在今后的工作中,可以充分地利用人类视觉系统对图像边缘部分较敏感的特性,尝试将图像中感兴趣的对象分割出来,对其边缘部分、内部纹理部分和对象之外的背景部分按不同的压缩比进行压缩,这样可以使压缩图像达到更大的压缩比,更加便于传输。

(3)Egger方法

Egger等人[16][17]提出了一个应用于任意形状对象的小波变换方案。在此方案中,首先将可视对象的行像素推到与边界框的右边界相平齐的位置,然后对每行的有用像素进行小波变换,接下来再进行另一方向的小波变换。此方案,充分利用了小波变换的局域特性。然而这一方案也有它的问题,例如可能引起重要的高频部分同边界部分合并,不能保证分布系数彼此之间有正确的相同相位,以及可能引起第二个方向小波分解的不连续等。

2．数字图像压缩技术的应用数字图像处理技术所涉及的知识面十分广阔，具体方法种类繁多，应用也极为普遍，人们对监控图像质量的要求越来越高，提升监控图像的实用价值已经成为社会向整个监控行业提出的新要求，在这样的形式下，数字图像处理技术在监控行业有哪些具体运用？影响监控图像处理技术的两大因素是什么？现在的主流视频图像处理技术又是什么？2.1.1、将（运动）目标从视频图像中分离出来。运动目标检测是数字图像处理技术的一个重要组成部分，它是计算机视觉、模式识别、目标识别与跟踪、运动图像编码、安全监控等研究领域的重点与难点，在军事、国防和工业等领域有着广泛的应用前景。传统的视频（运动）探测其实是亮度探测，并没有发挥视频监控图像处理技术的特点。确定图像中是否有探测目标（人、物等），并将目标从背景图像中分离出来是图像内容分析的首要任务，进而对目标分类、统计、关联。判断图像中有无目标、目标的复合或离散等也是图像过滤的基础。2.2.2、对目标进行行为分析，判定其运动的方向、方式，并能发现和告警异常的行为；产生目标的运动轨迹，并能进行目标的自动跟踪。实现运动目标的跟踪是很难的事，它要求系统能分析、预测目标的运动轨迹，并能实时地作出修正。同时，由于运动过程与伺服机构间传递函数的非线性，伺服系统也是很复杂的。

2.2.3、实现视频语义的解析，图像处理分析的最高层次。通过对一个图像序列作出分析，得出其包含的真实信息，可以与话音的语义解析（已有了初步的成果）结合起来，逐步实现视频语义的解析，如通过对大量的、多渠道的图像资料的分析，得出社会对某一事件的反映程度；分析和统计某类事件发生，发展的规律（概率及时间、地域分布等）。能够进行这样分析，表明机器具有了与人一样的理解图像的能力，但具有人所不能达到的效率。比如现在的博物馆利用智能分析处理技术为商情决策提供依据。3.其他应用引例·Internet防火墙技术内容摘要：1.防火墙技术防火墙技术是建立在现代通信网络技术和信息安全技术基础上的应用性安全技术，越来越多地应用于专用网络与公用网络的互连环境之中，尤以Internet网络为最甚。Internet的迅猛发展，使得防火墙产品在短短的几年内异军突起，很快形成了一个产业：1995年，刚刚面市的防火墙技术产品市场量还不到1万套；到1996年底，就猛增到10万套；据国际权威商业调查机构的预测，防火墙市场将以173%的复合增长率增长，今年底将达到150万套，市场营业额将从1995年的1.6亿美元上升到今年的9.8亿美元。为了更加全面地了解Internet防火墙及其发展过程，特别是第四代防火墙的技术特色，我们非常有必要从产品和技术角度…·计算机审计在国内发展以及运用内容摘要：一、发展计算机审计的必要性1、拓宽审计范围，全面开展审计监督一方面，审计人员借助于审计软件，利用计算机提供的程序输入必要的条件进行样本抽取，对异常项目进行调查测试，以确定审计重点，并可以在一定范围内逐笔审计，使得审计内容更加广泛，审计人员可以不再由于时间和工作量的原因而缩小审计范围。另一方面，在计算机审计条件下可以利用计算机快速、准确的特点，积极开展事前审计、事中审计和效益审计，扩大审计范围、提高审计工作质量、减少审计风险，使全面审计成为可能。2、科学统计与抽样，提高审计工作效率会计电算化提供的电子账是肉眼不可见的，对不懂计算机的审计人员来说是风险，但对可以用计算机查账的审计人员来说是有利条件。审计人员利用计算机…·多媒体科技在革新能力培育中运用内容摘要：跨入21世纪，知识经济已成为主导经济。知识经济时代需要并呼唤具有创新能力的人才。要想培养学生的创新能力，关键在于科学精神和创造性思维，核心的问题是要注重研究学习者的学习过程和他们所能接触和使用的教学资源。多媒体计算机能满足人们处理多种形