1 数字压缩的必要性

? 数字信号有很多优点，但当模拟信号数字化后其频带大大加宽，一路6MHz的普通电视信号数字化后，其数码率将高达167Mbps，对储存器容量要求很大，占有的带宽将达80MHz左右，这 样将使数字信号失去实用价值。数字压缩技术很好地解决了上述困难，压缩后信号所占用的频带大大低于原模拟信号的频带。因此说，数字压缩编码技术是使数字信号走向实用化的关键技术之一，表4－1列出了各种应用的码率。

有线电视网中数字压缩技术主要包括用于会议电视系统的H.261压缩编码， 用于计算机静止图像压缩的JPEG和用于活动图像压缩的MPEG数字压缩技术。

2 图像压缩编码的可能性

? 从信息论观点来看，图像作为一个信源，描述信源的数据 是信息量(信源熵)和信息冗余量之和。信息冗余量有许多种，如空间冗余，时间冗余，结构冗余，知识冗余，视觉冗余等，数据压缩实质上是减少这些冗余量。可见冗余量减少可以减少数据量而不减少信源的信息量。从数学上讲，图像可以看作一个多维函数，压缩描述这个 函数的数据量实质是减少其相关性。另外在一些情况下，允许图像有一定的失真，而并不妨碍图像的实际应用，那么数据量压缩的可能性就更大了。

3 图像压缩编码方法的分类

? 编码压缩方法有许多种，从不同的角度出发有不同的分类方法，比如从信息论角度出发可分 为两大类：
? (1)冗余度压缩方法，也称无损压缩，信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩 编码前的图像严格相同，没有失真，从数学上讲是一种可逆运算。
? (2)信息量压缩方法，也称有损压缩，失真度编码或熵压缩编码。也就是讲解码图像和原始图像是有差别的，允许有一定的失真。
? 应用在多媒体中的图像压缩编码方法，从压缩编码算法原理上可以分类为：
? (1)无损压缩编码种类
?哈夫曼编码
? ?算术编码
? ?行程编码
? ?Lempel zev编码
? (2)有损压缩编码种类
? ?预测编码：DPCM，运动补偿
? ?频率域方法：正文变换编码(如DCT)，子带编码
? ?空间域方法：统计分块编码
? ?模型方法：分形编码，模型基编码
? ?基于重要性：滤波，子采样，比特分配，矢量量化
? (3)混合编码
? ?JBIG，H261，JPEG，MPEG等技术标准
? 衡量一个压缩编码方法优劣的重要指标是：
? (1)压缩比要高，有几倍、几十倍，也有几百乃至几千倍；
? (2)压缩与解压缩要快，算法要简单，硬件实现容易；
? (3)解压缩的图像质量要好。
? 最后要说明的是选用编码方法时一定要考虑图像信源本身的统计特征；多媒体系统(硬件和 软件产品)的适应能力；应用环境以及技术标准。

? 4 压缩编码方法简介

   压缩编码的方法有几十种之多，并在编码过程中涉及较深的的数学里理论基础问题，在此仅介绍 几种常用的压缩编码方法，主要是从物理意义上作一定的解释，读者如对数据压缩专题感兴 趣的话，请参看讲座结束后所附的参考资料。
4.1 莫尔斯码与信源编码
? 莫尔斯码即电报码，其精华之处在于用短码来表示常出现的英文字母，用长码来表示不常出 现的字母，以减小码率。这种方法非常有效，故延用至今。电视信号经过变换后，例如经差值脉冲编码后，发现前后像素幅度差值小的概率大，而差值大的概率小，因此可用短码表示 概率大的信号，而用长码来代表概率小的信号，从而达到压缩码率的目的。
4.2 差值脉冲编码
? 电视图像基本上是由面积较大的像块(如蓝天、大地、服装等)组成。虽然每个像块的幅值各 不相同，但像块内各样值的幅度是相近的或相同的，幅值跃变部分相应于像块的轮廓，只占整幅图像的很小一部分。帧间相同的概率就更大了，静止图像相邻帧间的相应位置的像素完 全一样，这意味着前后像素之差或前后帧间相应位置像素之差为零或差值小的概率大，差值 大的概率小。这就是差值编码的基本想法，其原理框图见图4－1(a)。发端将当前样值和前一 样值相减所得差值经量化后进行传输，收端将收到的差值与前一个样值相加得到当前样值。 在这个原理图中，输出的当前样值是输出的前一样值加上收到的差值，由于在当前差值中包 括当前的量化误差，而输出的前一样值又包括前一样值的量化误差，这就造成了量化误差的 积累。因此实用电路为图4－1(b)。这时输入当前样值不是与输入的前一样值相减，而是与 输 出的前一样值相减，因此在差值中已经包含了前一样值的量化误差的负值，在与输出的前一 个样值相加时，这部分量化误差被抵消，只剩下当前的量化误差，这就避免了量化误差的积累。