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图像压缩技术及图像格式(上)

１ 前言

位图原稿数字化后的数据量非常大，在硬盘上存储时颇占“地盘”，并给传输带来了很多不便，所以图像压缩得到了广泛的运用。压缩的目的就是满足存储容量和传输带宽的要求，而付出的代价是大量的计算。

图像压缩主要根据两个基本事实来实现。一是图像数据中有许多重复的数据，使用数学方法来表示这些重复数据就可以减少数据量；二是人的眼睛对图像细节和颜色的辨认有一个极限，把超过极限的部分去掉，也就达到了压缩数据的目的。利用前一个事实的压缩技术就是无损压缩技术，即压缩后的图像数据还原后与未压抛光设备缩时严格相同，没有失真，如TIFF图像文件格式；利用后一个事实的压缩技术就是有损压缩技术，即压缩后的图像数据与未压缩时有所不同，但不影响人们对原始资料表达的信息造成误解，如JPEG图像文件格式。实际的图像压缩其实是综合使用各种有损和无损压缩技术来实现的。

从本质上看，无损压缩的方法可以删除一些重复数据，大大减少要在磁盘上保存的图像尺寸。但是，无损压缩的方法并不能减少图像的内存占用量，这是因为，当从磁盘上读取图像时，软件又会把丢失的像素用适当的颜色信息填充进来。如果要减少图像占用内存的容量，就必须使用有损压缩方法。无可否认，利用有损压缩技术可以大大地压缩图像的数据，但会影响图像质量，如果仅在屏幕上显示，对于人类眼睛的识别程度来说区别不大。可是，如果要把一副经过有损压缩技术处理过的图像用高分辨在家用电器、包装材料、建筑设施、医疗器械等领域都有广泛利用率打印出来或是印刷出来，那么图像质量就会有明显的受损痕迹。

２ 最常见的图像无损压缩技术

下面简单介绍目前用得最多和最成熟的无损压缩技术：RLE编码、LZW编码、霍夫曼编码等。

１） 中国塑料挤出机市场也有不小的行进跟突破行程长度编码（ＲＬＥ）

现实中有许多这样的图像：一幅图像中具有许多颜色相同的图块。在这些图块中，许多行上都具有相同的颜色，或者在一行上有许多连续的像素都具有相同的像素值。在这种情况下就不需要存储每一个像素的颜色值，而仅需存储一个像素的颜色值，以及具有相同颜色的像素数目就可以，或者存储一个像素的颜色值，以及具有相同颜色值的行数。这种压缩编码称为行程长度编码，常用RLE（run-length encoding，RLE）表示。

假如有一副灰度图像，第n行的像素值如图1。

用RLE编码方法得到的代码为：80315用σS（帕）表示084180。这种方法实现起来很容易，而且对于具有长重复值的串的压缩编码很有效，例如计算机生成的图像和有大面积的连续阴影或者颜色相同的图像。然而对于颜色丰富的自然图像就显得力不从心，在同一行上具有相同颜色的往往很少，而连续几行都具有相同颜色值的连续行数就更少，如果仍然使用RLE编码压缩图像反而让数据量变得更大，不过这并不是说RLE编码方法不适用于自然图像的压缩，相反，在自然图像的压缩中还真少不了RLE，只不过是不能单纯使用RLE一种编码方法，而需要和其他的压缩编码技术联合使用皮草外套。很多位图文件格式都用行程长度编码，例如TIFF、BMP、PCX、GEM等。

２）ＬＺＷ编码

这是三个发明人名字的缩写（Lempel，Ziv，Welch），其原理是将图像数据的每一个字节的值都要与下一个字节的值配成一个字符对，并为每个字符对设定一个代码。当锻钢同样的一个字符对再度出现时，就用代号代替这一字符对，然后再以这个代号与下个字符配对，如图2所示。

LZW编码原理的一个重要特征是，代码不仅仅能取代一串同值的数据，也能够代替一串不同值的数据。在图像数据中若有某些不同值的数据经常重复出现，也能找到一个代号来取代这些数据串。在此方面，LZW压缩原理是优于RLE的。

(待续)